Đề tài Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton

Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU Ñaët vaán ñeà Qua thöïc teá trong nhöõng naêm gaàn ñaây cho thaáy Vieät Nam laø nöôùc coù toác ñoä phaùt trieån kinh teá cao trong khu vöïc. Beân caïnh söï phaùt trieån veà kinh teá ñem laïi söï thay ñoåi cuoäc soáng vaø boä maët cuûa ñaát nöôùc, Vieät Nam coøn phaûi ñoái ñaàu vôùi vaán naïn oâ nhieãm moâi tröôøng do quaù trình coâng nghieäp hoaù vaø hieän ñaïi hoaù gaây ra. Söï phaùt trieån cuûa caùc ngaønh coâng nghieäp ñaõ mang laïi những nguoàn lôïi lôùn ñoàng thôøi thaûi ra moät löôïng chaát thaûi ñoäc haïi gaây aûnh höôûng xaáu ñeán moâi tröôøng cuõng nhö söùc khoeû cuûa con ngöôøi. Ñeå coù ñöôïc giaûi phaùp cuõng nhö nhöõng höôùng ñi cuï theå nhaèm phaùt trieån neàn kinh teá song song vôùi vieäc baûo veä moâi tröôøng, Vieät Nam ñaõ coù nhöõng keá hoaïch thieát thöïc vaø haønh ñoäng cuï theå ñeå giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà moâi tröôøng. Cuøng vôùi söï taêng nhanh veà nhu caàu xaõ hoäi vaø söï phaùt trieån caùc ngaønh coâng nghieäp khaùc nhö daàu khí, ñieän, deät may,… ngaønh döôïc phaåm nöôùc ta cuõng coù nhöõng böôùc phaùt trieån vöôït baäc laøm ña daïng vaø phong phuù hôn caùc döôïc phaåm saûn xuaát trong nöôùc. Theo ñònh höôùng cuûa Nghò quyeát Hoäi nghò laàn thöù 2 cuûa Ban chaáp haønh Trung öông Ñaûng Coäng Saûn Vieät Nam khoaù VIII laø “ñeán naêm 2020 ñaït trình ñoä coâng ngheä tieân tieán trong khu vöïc ASEAN ôû caùc ngaønh kinh teá trong ñieåm”, ngaøy 09/09/1996 Boä tröôûng Boä Y teá ñaõ kyù quyeát ñònh soâ1516/BYT-QÑ chính thöùc aùp duïng taïi Vieät Nam tieâu chuaån THÖÏC HAØNH TOÁT SAÛN XUAÁT THUOÁC (GMP) cuûa Hieäp hoäi caùc nöôùc Ñoâng Nam AÙ (ASEAN), ñoàng thôøi yeâu caàu caùc cô sôû saûn xuaát thuoác coù keá hoaïch trieån khai thöïc hieän. Ñaây laø vaán ñeà soáng coøn cuûa caùc doanh nghieäp saûn xuaát döôïc phaåm. Töø sau quyeát ñònh ñoù ñeán nay ñaõ coù khoaûng treân 20 xí nghieäp Döôïc ñaït GMP ñoái vôùi caùc coâng ty xí nghieäp trong nöôùc vaø coù voán ñaàu tö nöôùc ngoaøi. Vieäc trieån khai aùp duïng GMP vaøo trong saûn xuaát ngoaøi nhöõng vaán ñeà cô baûn nhö: moâ hình toå chöùc moät nhaø maùy GMP, tieâu chuaån kyõ thuaät cuï theå nhaø xöôûng, caùch toå chöùc heä thoáng ñaûm baûo chaát löôïng,… thì vaán ñeà moâi tröôøng ñöôïc yeâu caàu phaûi giaûi quyeát trieät ñeå. Vì vaäy vieäc xöû lyù oâ nhieãm sinh ra trong quaù trình saûn xuaát laø moät trong nhöõng yeáu toá caàn thieát ñeå caùc cô sôû döôïc phaåm ñaït GMP. Trong quaù trình saûn xuaát baøo cheá döôïc phaåm, löôïng chaát thaûi thaûi ra cuõng coù nhöõng tích chaát vaø thaønh phaàn ñaëc tröng gaây nhieàu taùc haïi xaáu ñeán moâi tröôøng. Vieäc baøo cheá caùc loaïi khaùng sinh cuõng thaûi ra moät löôïng nöôùc thaûi coù chöùa dö löôïng thuoác khaùng sinh. Söï hieän dieän cuûa thaønh phaàn khaùng sinh trong moâi tröôøng cuõng aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán söùc khoeû coäng ñoàng. Moãi loaïi khaùng sinh naøo ñoù ñi vaøo moâi tröôøng nöôùc, maëc duø ôû löôïng raát nhoû, noù coù theå gieát cheát caùc vi khuaån nhaïy caûm ñoàng thôøi taïo ñieàu kieän cho nhöõng vi khuaån mang nhöõng gen khaùng thuoác phaùt trieån vaø caùc vi khuaån mang gen naøy seõ laây lan sang caùc vi khuaån khaùc, trong ñoù coù caùc chuûng vi khuaån gaây beänh cho con ngöôøi vaø vaät nuoâi. Khi nhöõng vi khuaån coù haïi naøy xaâm nhaäp vaø gaây beänh cho con ngöôøi thì seõ raát khoù khaên trong vieäc ñieàu trò vaø coù theå daãn ñeán töû vong. Do nhöõng taùc ñoäng treân neân vieäc tieán haønh caùc bieän phaùp giaûm thieåu vaø loaïi tröø söï xaâm nhaäp cuûa khaùng sinh vaøo moâi tröôøng laø ñieàu caàn thieát. Vieäc tìm kieám moät phöông phaùp xöû lyù thuoác khaùng sinh hieäu quaû, hôïp lyù trong ñieàu kieän Vieät Nam laø nhieäm vuï quan troïng cho khoa hoïc coâng ngheä cuûa Vieät Nam. Do ñoù, vieäc thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu :”Khaûo saùt quaù trình xöû lyù COD cuûa nöôùc thaûi thuoác Ampicillin baèng phöông phaùp Fenton” nhaèm tìm ra nhöõng giaûi phaùp kyõ thuaät hôïp lyù ñeå loaïi boû dö löôïng thuoác khaùng sinh khoûi nöôùc thaûi tröôùc khi thaûi ra moâi tröôøng. Muïc tieâu vaø noäi dung nghieân cöùu Muïc tieâu nghieân cöùu Tìm ñöôïc phöông phaùp hieäu quaû ñeå xöû lyù thuoác khaùng sinh, loaïi boû thuoác khaùng sinh ra khoûi moâi tröôøng. Noäi dung cuûa ñeà taøi Thu thaäp caùc taøi lieäu lieân quan veà saûn xuaát döôïc ôû Vieät Nam Tìm hieåu coâng ngheä baøo cheá döôïc phaåm taïi Vieät Nam Tìm hieåu moât soá tính chaát hoaù lyù, caáu truùc cuûa caùc nhoùm khaùng sinh cô baûn Tìm hieåu caùc aûnh höôûng cuûa khaùng sinh ñeán moâi tröôøng Tìm hieåu caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi Ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa caùc coâng ngheä xöû lyù Löïa choïn phöông phaùp xöû lyù: phöông phaùp oxi hoaù vôùi taùc nhaân Fenton Khaûo saùt thaønh phaàn nöôùc thaûi thuoác Ampicillin Khaûo saùt ñaùnh giaù khaû naêng phaân huyû khaùng sinh cuøng caùc yeáu toá aûnh höôûng trong phöông phaùp xöû lyù oxi hoaù Fenton Thöû nghieäm phöông phaùp treân moâ hình, khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình phaân huyû, thu thaäp caùc thoâng soá toái öu nhaèm phuïc vuï cho vieäc thieát keá veà sau. Ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa phöông phaùp xöû lyù. Phöông phaùp nghieân cöùu Tìm hieåu taøi lieäu saùch baùo trong vaø ngoaøi nöôùc veà ngaønh döôïc phaåm cuõng nhö aûnh höôûng cuûa khaøng sinh ñeán moâi tröôøng Tìm hieåu caùc coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi trong vaø ngoaøi nöôùc Nghieân cöùu thöïc nghieäm: döïa treân nhöõng kyõ thuaät tieân tieán trong xöû lyù nöôùc thaûi aùp duïng vôùi ñieàu kieän Vieät Nam Ñaùnh giaù phöông phaùp xöù lyù thoâng qua nhöõng chæ tieâu baèng nhöõng phöông phaùp phaân tích hieän ñaïi. Chöông 2: ÑAÏI CÖÔNG VEÀ KHAÙNG SINH 2.1 Môû ñaàu Naêm 1928, Alexander Fleming ñaõ tìm ra ñöôïc Penicillin khi nuoâi caáy naám penicillum notaum vaø ñeán naêm 1942 Penicillin ñaõ ñöôïc saûn xuaát vôùi quy moâ coâng nghieäp. Naêm 1944, ngöôøi ta tìm ñöôïc Streptomycin. Caùc naêm sau ñoù lieân tuïc nhieàu khaùng sinh ñaõ ñöôïc tìm ra töø caùc xaï khuaån, vi naám,… goùp phaàn cho coâng vieäc ñieàu trò caùc beänh nhieãm truøng maø tröôùc ñoù laø nguyeân nhaân gaây töû vong vôùi ña soá caùc tröôøng hôïp. Khaùng sinh laø caùc chaát coù taùc duïng choáng vi khuaån. Caùc chaát naøy coù theå laø chieát xuaát töø vi sinh vaät (chuû yeáu laø töø vi naám), laø chaát toång hôïp hay baùn toång hôïp. Ñeå choáng vi khuaån ôû ngöôøi, khaùng sinh coù theå söû duïng theo ñöôøng toaøn thaân (nhö ñöôøng uoáng, ñöôøng tieâm) hoaëc duøng taïi choã (nhö boâi ngoaøi da). Taùc duïng cuûa khaùng sinh treân vi khuaån coù theå coù hai phöông thöùc: dieät khuaån hay kìm khuaån. Loaïi khaùng sinh dieät khuaån – nhö Penicillin – coù taùc duïng tröïc tieáp tieâu dieät vi khuaån. Loaïi khaùng sinh kìm khuaån – nhö Chloramphenicol – chæ coù khaû naêng kìm haõm söï phaùt trieån, sinh soâi cuûa vi khuaån, ñeå cô theå con ngöôøi vôùi söùc ñeà khaùng töï nhieân saün coù seõ tieâu dieät chuùng deã ung5treân thöïc teá hai phöông phaùp noùi treân ñeàu coù taùc duïng choáng vi khuaån vaø ñeàu coù giaù trò töông ñöông trong ñieàu trò beänh. 2.2 Phaân loaïi khaùng sinh Khaùng sinh ñöôïc chia laøm nhieàu nhoùm khaùc nhau caên cöù theo caáu truùc hoaù hoïc cuûa töøng loaïi. Söï hieåu bieát veà caùc nhoùm naøy coù yù nghóa quan troïng ñoái vôùi ngöôøi söû duïng, vì moãi nhoùm ñeàu coù taùc duïng chính vaø taùc duïng phuï rieâng, nhöõng ñoäc tính rieâng, maø ngöôøi söû duïng caàn naém vöõng tröôùc khi ñöa vaøo cô theå. Hieän nay löôïng khaùng sinh söû duïng trong ñieàu trò coù khoaûng hôn 100 loaïi khaùc nhau, coù nhieàu ñeà nghò phaân loaïi khaùc nhau, nhöng thoâng thöôøng ñöôïc phaân thaønh caùc nhoùm chính nhö sau: a. Nhoùm BETA – LACTAMIN (beta – lactam, dieät khuaån): nhoùm naøy ñöôïc chia laøm hai phaân nhoùm: Phaân nhoùm Penicillin: Benzyl penicillin: penicillin G, procain – penicillin,… Phenoxypenicillin: penicillin V Penicillin khaùng penicilinase: oxacilin, choxaxilin,… Aminopenicillin: ampicillin, amoxycillin, bacampicillin,… Carbonxypenicillin: carbenicillin, ticarcillin. Ureidopenicillin: azlocillin, piperacillin. Carbanpenem: imipeneeem Phaân nhoùm Cefalosporin: Theá heä 1: cefalotin, cefazolin, cefalexin, cefaclor,… Theá heä 2: cefamandol, cefaroxim, cefaxitin, cefamatazol,… Theá heä 3: cefotaxim, cefoperazon, ceftriaxon, cefftizoxim,… b. Nhoùm AMINOSID (aminoglycosid, dieät khuaån): streptomycin, gentamycin, tobrammycin, amikacin, kanamycin, frammycetin, neomycin,… c. Nhoùm PHENICOL (kìm khuaån): cloramphenicol, thiaphenicol d. Nhoùm MACROLID (kìm khuaån): nhoùm naøy ñöôïc chia thaønh ba nhoùm Phaân nhoùm Macrolid “thaät”: erythromycin, azithromycin,… Phaân nhoùm Synergistin: pritinamycin, virginiamycin Phaân nhoùm Lincosanid: lincomycin, clidamycin e. Nhoùm CYCLIN (tetracyclin, kìm khuaån): tetracuclin, oxytetracyclin,… f. Nhoùm QUINOLON (kìm khuaån): Theá heä 1: acid nalidixic, acid oxolinic, acid pipemidic,.. Theá heä 2 (Flourquinolon): ciprofloxacin, pefloxacin… g. Nhoùm GLYCOPEPTID (dieät khuaån): vancomycin, teicoplanin h. Nhoùm POLYPEPTID (dieät khuaån): polymycin B, polymycin E (colistin), bacitracin, tyrothricin. i. Nhoùm NITROIMIDAZOL (dieät khuaån): metronidezol, ordinazol… Nhoùm SULFAMID (kìm khuaån): ñöôïc chia laøm 5 phaân nhoùm: Phaân nhoùm thaûi nhanh: sulfafurazol, sulfamethizol,… Phaân nhoùm thaûi hôi chaäm: sulfadiazin, sulfamethoxazol,… Phaân nhoùm thaûi chaäm: sulfadimethoxin, sulfamethoxypyridazin,… Phaân nhoùm thaûi raát chaäm:sulfadoxin Phaân nhoùm ít haáp thu qua ñöôøng tieâu hoaù: sulfaguanidin,… k. Nhoùm RIFAMYXIN: rifampicin, rifamycin S.V. l. Nhoùm khaùng sinh CHOÁNG NAÁM: ketoconazol, cotrimazol,… m. Nhoùm thuoác CHOÁNG LAO: rifampicin, theambutol, streptomycin. o. Nhoùm thuoác choáng phong: closazimin, dapson p. Caùc nhoùm khaùng sinh khaùc: moät soá khaùng sinh ñaëc bieät khaùc, khoâng thuoäc nhoùm naøo: Caùc daãn xuaát cuûa oxyquynolein: nitroxolin, cloroidoquin,… Caùc daãn xuaát cuûa nitrofuran: nitrofurantoin, furazolidon,… Novobiocin, acid fucidic, fosfomycin. 2.3 Tính chaát cuûa moät soá nhoùm khaùng sinh thoâng duïng 2.3.1 Nhoùm beta – lactamin Khaùng sinh thuoäc hoï beta – lactamin laø nhöõng khaùng sinh coù caáu truùc azetidin –2 – on (coøn ñöôïc goïi laø voøng b - lactamin) BETA LACTAMIN Nhoùm naøy coù hai phaân nhoùm chính thöôøng ñöôïc söû duïng laø Penicillin vaø cefalosporin coù sô ñoà phaân nhaùnh theo hình 1 Hình 1: Sô ñoà phaân loaïi caùc nhoùm b - lactamin chính 2.3.1.1 Penicillin a. Caáu truùc chung: b. Tính chaát vaät lyù: Caùc Penicillin döôùi daïng muoái hoaëc daïng acid laø boät traéng, khoâng muøi khi tinh khieát. Phoå UV: ña soá cuûa caùc nhoùm R acyl hoaù treân 6APA ñeàu laø voøng thôm neân cho phoå haáp thu ôû vuøng UV coù ñöôïc. Baûng 2.1 cho thaáy böôùc soùng haáp thu cöïc ñaïi cuûa vaøi Penicillin trong dung moâi nöôùc. Baûng 1: Böôùc soùng haáp thu cöïc ñaïi cuûa moät soá Penicillin (dung moâi nöôùc) Teân khaùng sinh R lmax (nm) Benzyl Penicillin (muoái Na) 264 Phenoxymethylpenicillin (muoái Na) 268 274 Ampicillin (trihydrat) 257 262 265 Phoå IR: ôû vuøng 1600 – 1800 cm-1 coù caùc ñænh ñaëc tröng vôùi caùc nhoùm sau ñaây: -Nhoùm lactam ôû giöõa 1780 vaø 1770 cm-1 -Chöùc amid ngoaïi voøng ôû giöõa 1700 vaø 1650 cm-1 -Chöùc carboxyl ôû khoaûng 1600 cm-1 c. Tính chaát hoaù hoïc: Tính acid: Caùc Penicillin coù khaû naêng taïo muoái Natri vaø kali tan trong nöôùc, trong khi ñoù caùc muoái kim loaïi naëng (ví duï muoái Cu2+) thì khoâng tan hoaëc kích thích söï phaân huyû. Caùc Penicillin cuõng coù khaû naêng taïo muoái vôùi caùc amin: -Taïo caùc Penicillin thuyû giaûi chaäm (taùc ñoäng treã) nhö procain Penicillin, benethamin Penicillin, benzathin Penicillin. -Moät soá chaát coù tính baz ví duï nhö caùc aminosid, caùc alkaloid khi troän cung vôùi Penicillin trong cuøng moät oáng tieâm seõ gaây ra keát tuûa. Caùc Penicillin cuõng coù khaû naêng taïo thaønh nhöõng este. Tính khoâng beàn cuûa voøng beta – lactam Söï phaân huyû trong moâi tröôøng kieàm: ôû pH > 8 seõ coù söï taán coâng cuûa ion OH- treân carbonyl lactam gaây ra söï môû voøng. Theo quy luaät chung, cuoái cuøng seõ coù söï taïo thaønh acid penicilloic, nhöng söï decarboxyl coù theå xaûy ra ñeå taïo acid penicilloic. Moâi tröôøng coù söï hieän dieän cuûa nhöõng muoái kim loaïi naëng ( ZN2+, Cd2+, Pb2+ hoaëc Hg2+) seõ laøm cho acid penicilloic bò thuyû phaân thaønh carbinolamin khoâng beàn, chaát naøy seõ tieáp tuïc bò phaân huyû taïo D – penicillamin vaø acid peneldic. Acid peneldic ñeán löôït noù coù theå bò decarboxyl hoaù ñeå trôû thaønh penicillo – aldehyd. Söï alcol phaân vaø amino phaân: voøng beta – lactam nhaïy vôùi moät soá taùc nhaân aùi nhaân khaùc vôùi xuùc taùc cuûa caùc ion thöôøng laø caùc ion kim loaïi naëng: Cu2+, Zn2+, Sn2+. Baûng 2: Moät soá quaù trình alcol phaân vaø amino phaân Chaát phaûn öùng Taùc nhaân aùi nhaân Saûn phaåm taïo thaønh Alcol R’ OH Amin R’ – NH – R’’ Hydroxyllamin R’ O- R’ – N – R’’ NH- - OH Este penicilloic Amid penicilloic Acid hydroxamic, chaát naøy taïo phöùc vôùi Fe3+ (maøu ñoû) vaø vôùi Cu2+ (maøu xanh ngoïc) Söï phaân huyû trong moâi tröôøng acid: söï hieän dieän cuûa H+, cô cheá coù theå giaûi thích do söï taán coâng aùi ñieän töû treân nguyeân töû S, kích thích söï môû voøng lactam vaø voøng thiazolidin, tieáp theo laø söï taùi saép xeáp ñeå taïo thaønh caáu truùc oxazolic cuûa acid penicillenic. Cuoái cuøng neáu moâi tröôøng quaù acid, coù theå taïo thaønh acid penicillic. Ngoaøi ra voøng b - lactam coù theå bò môû bôûi b - lactamas tieát ra töø vi khuaån (laø moät trong nhöõng lyù do gaây ñeà khaùng) 2.3.1.2 Moät soá Penicillin thoâng duïng: a. Penicillin thieân nhieân: Penicillin G vaø Penicillin V Penicillin G: ñöôïc söû duïng döôùi daïng muoái Natri hay kali beàn trong khoaûng pH = 6 –7, ôû pH £ 5 hay pH ³ 8 hoaït tính khaùng sinh giaûm raát nhanh. Penicillin V (phenoxy methyl Penicillin): do coù söï hieän dieän cuûa nhoùmphenoxy methyl treân nhoùm carboxamid, nguyeân töû O caïnh nhaân benzen laøm cho daõy beân caïnh coù tính huùt eletron (ngöôïc laïi vôùi Penicillin G), ñaûm baûo tính beàn trong moâi tröôøng acid. b. Penicillin toång hôïp Nhoùm naøy goàm nhöõng Penicillin baùn toång hôïp coù hoaït phoå roäng treân caùc vi khuaån gram aâm vaø treân nhöõng vi khuaån maø caùc nhoùm khaùc taùc duïng yeáu. Ngoaøi ra cuõng coù söï thay ñoåi veà maët caáu truùc theo höôùng coù ñöôïc tính beàn trong moâi tröôøng acid coù theå söû duïng uoáng ñöôïc. Nhoùm naøy coù 4 loaïi: Ba loaïi ñaàu laø söï thay theá treân Ca cuûa chöùc carboxamid treân Penicillin G: -Moät nhoùm –NH2 Þ Aminobenzyl Penicillin -Moät nhoùm – COOH Þ Carboxylbenzyl Penicillin -Moät nhoùm – NH – CO – N – CO Þ Ureido Penicillin Nhoùm cuoái cuøng coù caáu truùc hôi khaùc vì chöùc carboxamid thoâng thöôøng naèm treân 6PAP ñöôïc thay theá baèng: -Moät nhoùm – NH = CH – N = Þ Amidino Penicillin Caùc khaùng sinh chính trong nhoùm naøy laø: Ampicillin Ampicillin toàn taïi döôùi daïng khan vaø daïng trihydrat Do hieäu quaû huùt e- cuûa nhoùm NH2 neân Ampicillin beàn trong moâi tröôøng acid, coù theå duøng ñeå uoáng ñöôïc. Amoxycillin Ñaây laø chaát töông ñoàng cuûa Ampicillin nhöng haáp thu toát hôn vaø söï haáp thu khoâng bò caûn trôû bôûi thöùc aên. 2.3.1.3 Cephalosporin a. Caáu truùc chung Caáu truùc cô baûn cuûa caùc cephalosporin laø acid cephalosporanic hoaëc 7 amino cephalospranic acid. R vaø R3 thay ñoåi R7 : H hoaëc OCH3 X : S hoaëc Oxi hoaù X = S phaân bieät tuyø thuoäc vaøo R7 -R7 – H: cephalosporin -R7 = O – CH3: cephamycin X = O (oxacephem) vaø X = CH2 (carbacephem) laø nhöõng chaát töông ñoàng veà caáu truùc cuûa cephalosporin. b. Tính chaát vaät lyù Caùc Cephalosporin thöôøng ôû daïng tinh theå traéng coù maøu nheï , khoâng muøi hoaëc coù muøi thoaûng nheï. Vaøi Cephalosporin coù muøi löu huyønh (ví duï cephalexin, cepharadin,…) Ñoä quay aùnh saùng phan cöïc: söï hieän dieän cuûa 3C* (6,7 vaø trong tröôøng hôïp a thay theá ôû vò trí 7), trong nöôùc cepha laø nhöõng chaát quay cöïc phaûi (dextrogyre). Coù theå döïa vaøo naêng suaát quay cöïc ñeå ñònh tính hoaëc kieåm ñoä tinh khieát Phoå UV: caáu truùc cephem cho 2 haáp thu ôû khoaûng 260nm vaø 220nm. Phoå IR: nhö tröôøng hôïp cuûa Penicillin, vuøng haáp thu ôû khoaûng 1600 – 1800 cm-1 c. Tính chaát hoaù hoïc Tính khoâng beàn cuûa voøng beta – lactam: ñaây laø ñaëc tính hoaù hoïc then choát Söï taán coâng cuûa caùc taùc nhaân aùi nhaân (AN): caùc baz môû voøng azetidin –2 – on, taïo ra nhöõng daãn chaát cuûa acid cephalosporic khoâng coù hoaït tính sinh hoïc. Nhöõng taùc nhaân aùi nhaân coù theå laø: -Caùc baz (NaOH, KOH) taïo muoái cuûa acid Cephalosporic -Caùc alcol (alcol phaân) taïo ra caùc este cuûa acid Cephalosporanic -Caùc amin (amino phaân) taïo amid khoâng coù hoaït tính sinh hoïc. Söï taán coâng cuûa caùc taùc nhaân aùi ñieän töû AE: Ngöôïc laïi vôùi Penicillin, caùc Cephalosporin beàn hôn trong moâi tröôøng acid. Tính acid: do chöùa nhoùm COOH ôû C4, caùc Cephalosporin theå hieän nhö caùc acid a, b baát baõo hoaø khaù maïnh, coù theå: Caùc baz (NaOH, KOH) taïo muoái cuûa acid Cephalosporic Taïo muoái: thöôøng laø muoái Na, ñöôïc söû duïng döôùi daïng thuoác tieâm vì tan ñöôïc trong nöôùc (daïng acid ñöôïc söû duïng uoáng) Taïo caùc este ñöôïc xem laø tieàn chaát. Coù 2 este ñöôïc söû duïng trong ñieàu trò laø cefuroxim acetyl vaø cefpodoxim procetyl. 2.3.1.4 Moät soá Cephalosporin thoâng duïng Cephalosporin theá heä 1: Nhoùm 1: cephalotin, cephapirin, cephacetril Nhoùm 2: cephaloridin, cephalozin Nhoùm 3: cephalexin, cephadroxil, cepharadin, cephaclor, cephatrizin b. Cephalosporin theá heä 2: cephamandol, cefuroxim, cefuroxime acetyl, cefoxitin c. Cephalosporin theá heä 3: Nhoùm Cephalosporin sulfo Cephalosporin: cefsulodin Ureido Cephalosporin: cefoperazon Aminothiazolyl Cephalosporin: cefotiam Methoxyimino Cephalosporin Nhoùm cephamycin: cefotetan Nhoùm oxacephalosporin: moxalactam 2.3.2 Nhoùm Phenicol Nhoùm Phenicol coù ñaïi dieän khaù thoâng duïng laø chloramphenicol ñöôïc phaân laäp töø moâi tröôøng nuoâi caáy streptomyces venezuelae naêm 1947 2.3.2.1 Caáu truùc Caáu truùc cuûa Chloramphenicol goàm 3 phaàn: nhaân benzen nitro hoaù ôû para, chuoãi amino – 2 propandiol –1,3 vaø nhoùm dicloracetyl 2.3.2.2 Tính chaát a. Tính chaát vaät lyù: Chloramphenicol ôû daïng boät vi tinh theå traéng hoaëc hôi vaøng Ñoä tan: ít tan trong nöôùc (2,5mg/ml), deã tan trong propylen glycol (150,8mg/ml), raát deã tan trong methanol, ethanol, ethyl acetat, aceton Ñieåm chaûy 150,5 – 151,5oC Naêng suaát quay cöïc thay ñoåi theo dung moâi Phoå UV trong dung moâi methanol: haáp thu cöïc ñaïi taïi 274nm, cöïc tieåu taïi 235nm Phoå IR vôùi caùc ñænh ñaëc tröng. b. Tính chaát hoaù hoïc Do nhoùm nitro thôm Khöû hoaù nhoùm nitro trong chloramphenicol thaønh amin thôm baäc nhaát, sau ñoù taïo muoái diazoni vaø taïo phaåm maøu azoic vôùi b naphtol. Khöû hoaù töøng phaàn nhoùm nitro bôûi Zn/CaCl2 taïo N-arylhydroxylamin, chaát naøy ñöôïc chuyeån thaønh daãn chaát cuûa hydroxylamic khi taùc duïng vôùi benzoylclorid, saûn phaåm thu ñöôïc taïo phöùc vôùi Fe3+ cho maøu ñoû tím. Ñun noùng chloramphenicol vôùi dung dòch NaOH, maøu vaøng xuaát hieän, sau ñoù chuyeån thaønh maøu da cam. Do nhoùm dicloacetyl Khi ñun noùng chloramphenicol vôùi KOH, thu ñöôïc dung dòch chöùa ion Cl- cho phaûn öùng traàm hieän vôùi AgNO3/HNO3 Phaûn öùng FUJIWARA – ROSS ñaëc tröng cho nhoùm gem – diclo: ñun caùc thuyû chloramphenicol vôùi piridin vaø NaOH, maøu ñoû xuaát hieän. Do nhoùm alcol baäc nhaát: phaûn öùng taïo este vôùi caùc acid töông öùng cho: Caùc este palmitat, stearat khoâng ñaéng (khoâng tan trong nöôùc) duøng cho treû em. Este succinat, glicinat tan ñöôïc duøng laøm thuoác tieâm Tính beàn: chloramphenicol beàn döôùi taùc duïng cuûa nhieät, ôû 100oC vaãn coøn hoaït tính khaùng khuaån. Dung dòch chloramphenicol trong nöôùc töông ñoái beàn ôû pH trung tính, bò phaân huyû bôûi kieàm vaø acid, dung dòch naøy vaãn giöõ ñöôïc hoaït tính trong moät thaùng/37oC, 5 giôø/100oC, voâ haïn ñònh ôû 25oC. 2.3.3 Nhoùm Aminosid 2.3.3.1 Tính chaát Trong caáu truùc cuûa caùc aminosid coù nhoùm NH2 vaø OH, neân phaân töû raát phaân cöïc. Söï hieän dieän cuûa nhöõng nhoùm amin vaø guanidin laøm cho caùc phaân töû Aminosid coù tính baz. Vaø chuùng thöôøng ñöôïc söû duïng döôùi daïng muoái. Daïng baz: ñoä tan thay ñoåi trong nöôùc vaø caùc dung moâi höõu cô. Daïng muoái: thöôøng laø muoái sulfat, haùo aåm, raát tan trong nöôùc, khoâng tan trong alcol vaø caùc dung moâi höõu cô. Dung dòch ôû pH trng tính beàn vôùi nhieät, thuyû giaûi chaäm trong moâi tröôøng acid. Phoå UV: troáng ôû böôùc soùng 220nm. Phoå IR: khoâng coù daõy ñaëc tröng tröø tröôøng hôïp streptomycin (nhoùm guanidin). 2.3.3.2 Moät soá Aminosid thoâng duïng a. Streptomycin: saûn xuaát chuû yeáu töø streptomyces griceus thöôøng ñöôïc duøng döôùi daïng streptomycin sulfat. Tính chaát vaät lyù: Streptomycin sulfat: tinh theå maøu traéng, khoâng muøi, vò hôi ñaéng, raát tan trong nöôùc. Tính chaát hoaù hoïc: Phaûn öùng do nhoùm streptidin: Vôùi acid picric cho daãn xuaát picrat coù ñieåm chaûy xaùc ñònh. Söï hieän dieän cuûa hai nhoùm guanidin khieán phaân töû coù tính baz maïnh, khi ñun vôùi NaOH seõ phaân huyû, phoùng thích NH3, laøm ñoåi maøu giaáy quyø. Phaûn öùng Sakaguchi: taïo maøu ñoû vôùi NaOCl vaø alpha naphtol. Phaûn öùng do nhoùm streptoza: döôùi taùc duïng cuûa kieàm, streptoza chuyeån thaønh maltol, chaát naøy taïo phöùc maøu tím beàn vôùi Fe3+, öùng duïng ñeå ñònh tính vaø ñònh löôïng. b. Gentamycin: ñöôïc trích ly trong moâi tröôøng nuoâi caáy goàm gentamycin A, B, C, X. Söû duïng trong ñieàu trò laø gentamycin C daïng sulfat. 2.4 Söï ñeà khaùng khaùng sinh. Ñaây laø vaán ñeà thöôøng gaëp ñoái vôùi vi khuaån. Söï ñeà khaùng khaùng sinh voâ cuøng nguy hieåm vì coù theå taïo ra caùc chuûng vi khuaån khaùng thuoác trong coäng ñoàng. Moät soá khaùng sinh tröôùc ñaây toû ra höõu hieäu trong ñieàu trò nhieãm khuaån nhö ampicillin, tetracillin, chloramphenicol…hieän nay ñaõ bò khaùng bôûi caùc vi khuaån coù theå ñeán 90 – 95%. Nguyeân nhaân cuûa söï ñeà khaùng coù theå do töï nhieân nhöng söï goùp phaàn cuûa con ngöôøi cuõng khoâng nhoû laøm cho möùc ñoä ñeà khaùng ngaøy caøng nghieâm troïng hôn. 2.4.1 Caùc caùch ñeà khaùng cuûa vi khuaån 2.4.1.1 Thay ñoåi tính thaám cuûa maøng teá baøo Caùc vi khuaån gram aâm coù thaønh ngoaøi taùc duïng nhö haøng raøo ngaên caûn söï thaâm nhaäp cuûa khaùng sinh vaøo vi khuaån. Con ñöôøng chính ñeå caùc phaân töû öa nöôùc vaøo vi khuaån laø ñi qua caùc oáng daãn ptrotein ôû maøng. Söï roái loaïn veà maët chaát löôïng vaø soá löôïng ôû caùc oáng daãn naøy seõ laøm giaûm söï tích luyõ khaùng sinh. 2.4.1.2 Sinh ra nhöõng enzym laøm khaùng sinh maát taùc duïng. Caùc enzym naøy seõ thieâu huyû hoaëc laøm thay ñoåi caùc phaân töû khaùng sinh. Caùc enzym ôû maøng ngoaøi teá baøo coù hieäu löïc nhaát trong vieäc laøm khaùng sinh maát taùc duïng, vì khaùng sinh khoâng theå ñeán ñöôïc vò trí ñích. Men b - lactamas laøm maát taùc duïng cuûa khaùng sinh nhoùm b - lactam. Men phosphorylase, adenylase laøm baát hoaït khaùng sinh nhoùm aminosid. Men acetylase laøm baát hoaït nhoùm chloramphenicol. 2.4.1.3 Thay ñoåi vò trí ñích Söï thay ñoåi vò trí ñích coù theå laøm giaûm khaû naêng gaén keát cuûa khaùng sinh, nhöng vaãn giöõ ñöôïc chöùa naêng bình thöôøng. Moät cô cheá nöõa laø söï saûn xuaát quaù möùc caùc ñích ñeå caàn phaûi coù noàng ñoä khaùng sinh cao hôn môùi mang laïi taùc duïng. 2.4.2 Caùc kieåu ñeà khaùng khaùng sinh. Söï ñeà khaùng khaùng sinh ñöôïc chia laøm 2 loaïi laø khaùng töï nhieân vaø khaùng thu nhaän. 2.4.2.1 Ñeà khaùng töï nhieân (intrinsic resistance) Söï ñeà khaùng laø baûn chaát noäi taïi cuûa vi khuaån. Nhieàu khaùng sinh coù taùc duïng vôùi vi khuaån Gram döông nhöng laïi khoâng coù taùc duïng vôùi Gram aâm hoaëc ngöôïc laïi. Ví duï: Pseudomonas aeruginosa (tröïc khuaån muû xanh) khaùng töï nhieân vôùi Penicillin G, vì khaùng sinh naøy khoâng xaâm nhaäp qua thaønh vi khuaån. 2.4.2.2 Ñeà khaùng thu nhaän (acquired resistance) Laø tröôøng hôïp vi khuaån tröôùc ñaây nhaïy caûm vôùi khaùng sinh, nhöng sau moät thôøi gian tieáp xuùc vôùi khaùng sinh ñoù vi khuaån trôû neân ñeà khaùng. Trong khi ñeà khaùng töï nhieân luoân qua trung gian nhieãm saéc theå, ñeà khaùng thu nhaän xaûy ra coù theå do ñoät bieán ôû nhieãm saéc theå hoaëc do söï thu nhaän gen maõ hoaù ñeà khaùng töø beân ngoaøi qua plasmid hoaëc transposon. a. Ñoät bieán nhieãm saéc theå Söï khaùng ñoái vôùi moät soá khaùng sinh coù theå xuaát hieän do ñoät bieán gen cuûa nhieãm saéc theå gaây bôûi nhöõng thay ñoåi ôû chuoãi AND. Kieåu ñeà khaùng naøy thöôøng ít gaëp, chæ chieám khoaûng 10 – 20% toàng soá caùc tröôøng hôïp ñeà khaùng thu nhaän. Quaù trình sinh saûn cuûa vi khuaån laøm lan truyeàn gen ñoät bieán khaùng thuoác cho caùc theá heä sau vaø taïo neân quaån theå vi khuaån khaùng thuoác. Ñeà khaùng do ñoät bieàn gen cuõng coù theå truyeàn töø vi khuaån naøy sang vi khuaån khaùc theo ba cô cheá: Chuyeån theå (transformation): laø söï vaän chuyeån AND töø vi khuaån cho sang vi khuaån nhaän. Chuyeån naïp (transduction): tính khaùng thuoác cuûa vi khuaån cho truyeàn cho vi khuaån nhaän qua trung gian tröïc khuaån theå (bacteriophage) Tieáp hôïp (conjugation): laø söï chuyeån vaät lieäu di truyeàn töø vi khuaån ñöïc sang vi khuaån caùi khi hai vi khuaån tieáp xuùc vôùi nhau. b. Plasmid Plasmid laø nhöõng phaân töû AND keùp daïng voøng troøn naèm trong baøo töông cuûa vi khuaån vaø coù khaû naêng töï nhaân leân. Plasmid nhoû hôn nhieãm saéc theå. Nhöõng plasmid mang gen khaùng khaùng sinh ñoùng vai troø quan troïng trong tính khaùng thuoác cuûa vi khuaån. Ñaïi ña soá caùc chuûng khuaån khaùng thuoác qua plasmid. Ñieàu quan troïng laø söï lan truyeàn gen khaùng khaùng sinh naèm treân plasmid. Vieäc söû duïng khaùng sinh böøa baõi laøm taêng khaû naêng lan truyeàn yeáu toá R laø yeáu toá di truyeàn ngoaøi nhieãm saéc theå, taïo ñieàu kieän cho vi khuaån khaùng thuoác phaùt trieån maïnh. Caùc transposon Trong teá baøo vi khuaån coù nhöõng ñoaïn AND chöùa moät hoaëc nhieàu gen coù hai ñaàu taän cuøng laø nhöõng chuoãi nucleotid gioáng nhau nhöng ngöôïc chieàu nhau vaø coù theå nhaûy töø vò trí naøy sang vò trí khaùc. Thaønh phaàn di truyeàn di ñoäng naøy goïi laø transposon. Khaùc vôùi plasmid, transposon coù theå chöùa moät gen khaùng khaùng sinh nhöng cuõng coù theå chöùa nhieàu gen khaùng khaùng sinh. 2.5 Aûnh höôûng cuûa khaùng sinh ñoái vôùi moâi tröôøng Trong nhöõng naêm 70, laàn ñaàu tieân döôïc phaåm trong moâi tröôøng (vôùi teân goïi laø hooc – mon) laø chuû ñeà ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc quan taâm vaø baøn luaän ñeán. Moïi keát luaän ñeàu höôùng tôùi moät ñieàu raèng caùc chaát hooc – mon ñeàu khoù bò phaân huyû sinh hoïc. Trong nhöõng naêm 80, vaán ñeà naøy ít ñöôïc quan taâm vaø chuù yù tôùi. Trong thôøi gian naøy, nhöõng chaát khaùc gaây hieåm hoaï cho moâi tröôøng nhö kim loaïi naëng, caùc hydrocarbon ña voøng thôm, ñioxin vaø furan, caùc loaïi loaïi hoaù chaát baûo veä thöïc vaät, caùc chaát taåy röûa ñöôïc tieán haønh nghieân cöùu moät caùch roäng raõi. Töø giöõa nhöõng naêm 90, moái quan taâm ñeán döôïc phaåm trong moâi tröôøng laïi tieáp tuïc phaùt trieån. Moät soá chaát ñaõ ñöôïc phaùt hieän trong nöôùc coáng, nöôùc thaûi töø caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi, nöôùc maët, phaân boùn vaø ñaát (baûng 3). Caùc nghieân cöùu ñeàu cho thaáy raèng haàu heát caùc chaát naøy ñeàu khoâng deã daøng phaân huyû sinh hoïc trong nhöõng heä thoáng thí nghieäm vaø haàu heát cuõng bò loaïi tröø raát chaäm trong moâi tröôøng. Döôïc phaåm ñang ñöôïc söû duïng vôùi soá löôïng lôùn trong y hoïc, thuù y hay caùc chaát cho theâm vaøo caùc saûn phaåm chaên nuoâi gia suùc, gia caàm. Trong quy trình chaên nuoâi, khaùng sinh thöôøng xuyeân ñöôïc ñöa vaøo nhö laø phöông phaùp phoøng choáng vaø baûo veä söùc khoeû vaät nuoâi. Hieän töôïng duøng sai muïc ñích khaùng sinh trôû neân phoå bieán töø khi Fleming tìm ra Penicillin. Khaùng sinh ñöôïc keâ ñôn ñeå ñieàu trò cho moät soá beänh khoâng thích hôïp. Moät soá loaïi khaùng sinh thoâng duïng thöôøng xuyeân bò laøm duïng vaø duøng khoâng ñuùng. Ví duï, caùc beänh lyù do virut thì khoâng caàn ñieàu trò baèng khaùng sinh. Söï laøm duïng, bao goàm caû vieäc khoâng hoaøn taát ñôn thuoác caøng daãn tôùi hieän töôïng khaùng khaùng sinh phaùt trieån. Vaán ñeà naûy sinh khi coù söï hieän dieän cuûa khaùng sinh ôû noàng ñoä thaáp trong moâi tröôøng daãn ñeán söï gia taêng cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh. Baûng 3: Noàng ñoä cuûa moät soá loaïi thuoác (mg/l) ñöôïc ño trong nöôùc thaûi, nöôùc maët, nöôùc ngaàm vaø nöôùc caáp. Nhoùm chaát Nöôùc thaûi Nöôùc maët Nöôùc ngaàm, nöôùc caáp Nguoàn Analgesics/ Antirheumatic Antibiotics Lipid Psychopharmacological Cytostatic 2.4 20 khoaûng 1.0 – 0.7 > 1 1.7 < 1 > 6.1 > 5 > 0.5 > 0.5 > 0.5 > 1.7 > 6a > 1 0.55 > 0.02 > 4a 0.006 0.17 7.5 0.07 UBA (1997) Ternes (1997) Heberer (1997) Hirsch (1999) UBA (1997) Ternes (1997) Richardson vaø Bowron (1985) Stan (1994) Ternes (1997) Heberer (1997) Heberer (1997) UBA (1997) Ternes (1997) Ahern (1990) Kummerer (1997) Steger-Hartmann (1997) Kummerer (1998) a Nöôùc thaûi sinh hoaït sau xöû lyù (pha loaõng vôùi nöôùc maët) Vaøi naêm gaàn ñaây, taùc ñoäng cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh gia taêng nhanh choùng vaø ngöôøi ta tin raèng ñieàu ñoù xuaát phaùt töø caùch söû duïng khaùng sinh. Löôïng khaùng sinh trong moâi tröôøng coù theå ñöa ñeán keát quaû sau quaù trình choïn loïc töï nhieân nhöõng vi khuaån thích öùng ñöôïc ñaõ mang gen khaùng khaùng sinh. Ñieàu naøy daãn ñeán vaán ñeà nghieâm troïng cho söùc khoeû coäng ñoàng khi maø khoâng bao laâu nöõa caùc beänh nhieãm khuaån seõ khoù coù cô hoäi chöõa khoûi baèng caùc khaùng sinh ñaõ bieát. Trong tröôøng hôïp coù theå xaûy ra khaû naêng khaùng khaùng sinh coù theå lan truyeàn töø vi khuaån khoâng mang beänh sang vi khuaån beänh, vaø beänh dòch coù theå xaûy ra. Trong thöïc teá, moät soá vi khuaån ñöôïc nghieân cöùu khaûo saùt lan truyeàn tính ñeà khaùng trong phoøng thí nghieäm cuõng toát nhö trong moâi tröôøng töï nhieân. 2.5.1 Chu trình xaâm nhaäp cuûa döôïc phaåm vaøo moâi tröôøng töï nhieân Döôïc phaåm ñöôïc thaûi vaøo moâi tröôøng nöôùc theo quaù trình baøi tieát cuûa con ngöôøi vaø ñoäng vaät, vaø qua quaù trình saûn xuaát thuoác. Ngöôøi ta thoáng keâ ñöôïc raèng coù ba ñöôøng khaùc nhau (Hình 2). Nguoàn goác döôïc phaåm phuïc vuï con ngöôøi baét nguoàn töø caùc hoä gia ñình vaø caùc beänh vieän ñöôïc thaûi vaøo caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi. Nhöõng döôïc phaåm naøy coù theå bò phaân huyû moät phaàn khi qua caùc quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi vaø cuoái cuøng ñöôïc thaûi ra soâng. Qua caùc daïng phaân vaø caùc baøi tieát töø ñoäng vaät, thuoác thuù y ñaõ lan truyeàn qua caùnh ñoàng, ñoàng coû vaø töø nhöõng nôi naøy chuùng chaûy thaúng vaøo suoái, soâng hay thaám loïc qua ñaát vaø tieán vaøo xaâm nhaäp nöôùc ngaàm. Qua quaù trình saûn xuaát, döôïc phaåm theo doøng nöôùc thaûi cuûa caùc heä thoáng xöû lyù moät phaàn xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng nöôùc , coøn moät phaàn khaùc xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng ñaát. 2.5.2 Khaùng sinh trong moâi tröôøng. Khaùng sinh cuõng nhö caùc loaïi thuoác khaùc ñöôïc choïn löïa vaø saûn xuaát vì khaû naêng hoaït ñoäng choáng laïi vi khuaån cuûa chuùng. Do coù nhöõng tính chaát nhö vaäy neân khaùng sinh coù nhöõng taùc ñoäng ñeán moâi tröôøng, bao goàm: Aûnh höôûng choáng vi khuaån Aûnh höôûng choáng naám Aûnh höôûng choáng sinh vaät caáp cao Khoù phaân huyû Saûn xuaát Döôïc phaåm cho ngöôøi Chaát thaûi Thuoác thuù y Thuoác taêng tröôøng Phaân boùn Ñaát troàng Moâi tröôøng ñaát Coáng thaûi Heä thoáng XLNT Nöôùc maët Buøn laéng Nöôùc ngaàm Nöôùc sinh hoaït Hình 2: Chu trình cuûa döôïc phaåm trong moâi tröôøng Moät soá nghieân cöùu ñaõ cho keát quaû laø khaû naêng phaân huyõ sinh hoïc cuûa haàu heát khaùng sinh trong moâi tröôøng töï nhieân raát keùm töùc laø chuùng toàn taïi khaù laâu trong moâi tröôøng. Baûng 4 cung caáp khaû naêng phaân huyû cuûa moät soá loaïi khaùng sinh thoâng duïng. Baûng 4: Toång quan veà söï phaân huyû cuûa moät soá khaùng sinh Caùc loaïi thuoác Theå loaïi Quaù trình phaân huyû Khaû naêng phaân huyû Thuoác cho ngöôøi Ampicillin Erythromycin Sulfamethoxazole Tetracyline Sulfasalazine Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc 48% phaân huyû Khoâng phaân huyû Khoâng phaân huyû Khoâng phaân huyû Khoâng phaân huyû Thuoác thuù y Flumequine Flurozolidone Oxytetracyline Silphadimicine Monesin Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh – taêng tröôûng Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Keát tuûa buøn Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc T1/2=150 ngaøy T1/2=50h – 2 thaùng T1/2=142 –300 ngaøy Trong 1 naêm – 75% khoâng phaân huyû Sau 10 tuaàn 60 – 70% khoâng thay ñoåi (kî khí) Dö löôïng thuoác, bao goàm caû khaùng sinh, ñaõ ñöôïc khaûo saùt trong moät soá moâi tröôøng nöôùc khaùc nhau nhö nöôùc ngaàm, nöôùc maët, vaø nöôùc caáp. Nhöõng nguoàn khaùng sinh thaûi ra moâi tröôøng xuaát phaùt töø vieäc trò beänh cho ngöôøi, gia suùc vaø gia caàm, quaù trình chaêm soùc söùc khoeû vaät nuoâi, vaø töø caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi. Trong quaù trình söû duïng thuoác cuûa con ngöôøi, khaùng sinh ñöôïc thaûi vaøo moâi tröôøng qua phaân vaø nöôùc tieåu. Ñeå chöùng minh cho ñieàu naøy, Hoeverstadt el al ñaõ phaân tích vaø tìm ra moät soá khaùng sinh trong phaân bao goàm trimethoprim vaø doxycyline vôùi noàng ñoä khoaûng 3 – 40 mg/kg vaø erythromycine vôùi noàng ñoä khoaûng töø 200 – 300 mg/kg. Noàng ñoä cuûa khaùng sinh trong nöôùc tieåu phuï thuoäc vaøo lieàu löôïng vaø caùch ñieàu trò (tieâm baép, tieâm tónh maïch, hay ñöôøng tieâu hoaù), söï tieâu thuï thöùc aên ñoà uoáng vaø khoaûng thôøi gian uoáng thuoác. Theâm vaøo ñoù, söï haáp thuï phuï thuoäc vaøo tính chaát cuûa moãi loaïi thuoác khaùng sinh. Ví duï, amoxycilline laø moät daïng caáu truùc thay ñoåi cuûa ampicillin vaø söï thay ñoåi naøy caûi thieän ñöôïc khaû naêng haáp thuï cuûa noù. Nhöõng khoù khaên nghieâm troïng naûy sinh khi ñaùnh giaù khoái löôïng khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng. Nhìn chung, nhöõng soá lieäu veà khaùng sinh ñaõ söû duïng haøng naêm chöa ñaày ñuû vaø nhöõng döõ lieäu coù saün khaùc nhau taïi moãi quoác gia. Thaäm chí, moät soá nôi khoâng thoáng keâ ñöôïc nhöõng döôïc phaåm naøo ñaõ ñöôïc keâ ñôn. Söï haáp thuï thuoác khaùc nhau ôû moãi caù nhaân caøng laøm phöùc taïp theâm trong vieäc ñaùnh giaù löôïng khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng. Cho neân, moät soá nhaø nghieân cöùu ñaõ baét ñaàu tieán haønh phaân tích caùc maãu ôû caùc moâi tröôøng khaùc nhau veà söï hieän dieän cuûa khaùng sinh. Baûng 5 theå hieän noàng ñoä cuûa khaùng sinh hieän dieän trong nguoàn thaûi vaø nöôùc maët taïi Ñöùc. Baûng 5: Noàng ñoä cuûa moät soá khaùng sinh choïn loïc thöôøng duøng taïi Ñöùc. Teân khaùng sinh Khoái löôïng keâ ñôn (taán/naêm) Noàng ñoä taïi nguoàn thaûi sau xöû lyù (mg/l) Noàng ñoä trong nöôùc maët (mg/l) Clarithromycin Erythromycin Roxithromycin Chloramphenicol Sulfamethoxazone Trimethoprim 1.3 – 2.6 3.9 – 19.8 3.1 – 6.2 ---- 16.6 – 76 3.3 – 15 0.24 6.00 1.00 0.56 2.00 0.66 0.26 1.70 0.56 0.06 0.48 0.20 Taïi Myõ, Cuïc Ño Ñaïc Ñòa Chaát Myõ ñaõ hoaøn thaønh nghieân cöùu ño ñaïc noàng ñoä cuûa 95 chaát oâ nhieãm höõu cô trong nöôùc thaûi vôùi nhöõng maãu nöôùc töø 139 doøng chaûy taïi 30 bang trong naêm 1999 vaø 2000. Chaát oâ nhieãm höõu cô trong nöôùc thaûi bao goàm döôïc phaåm, hooc – moân, vaø moät soá chaát oâ nhieãm höõu cô khaùc. Nhöõng hôïp chaát naøy ñöôïc tìm thaùy ôû nhieàu nôi bao goàm nguoàn nöôùc thaûi sinh hoaït, coâng nghieäp, noâng nghieäp. Trong nhöõng hôïp chaát naøy, 31 loaïi khaùng sinh cho ngöôøi vaø ñoäng vaät ñaõ ñöôïc ñieàu tra. 14 trong 31 loaïi khaùng sinh khoâng ñöôïc phaùt hieän trong nghieân cöùu naøy. Baûng 6 laø caùc loaïi khaùng sinh thöôøng xuyeân tìm thaáy, noàng ñoä cuûa 17 loaïi khaùng sinh vôùi möùc cao nhaát (mg/l) vaø möùc trung bình (mg/l) Baûng 6: Baûng toùm taét moät soá khaùng sinh trong moâi tröôøng ôû Myõ. Teân khaùng sinh Soá löôïng maãu Noàng ñoä cao nhaát (mg/l) Noàng ñoä trung bình (mg/l) Chlotetracylin Ciprofloxacin Erythromycin – H2O Lincomycin Norfloxacin Oxytetracyline Roxithromycin Sulfadimethozine (2) Sulfamethazine (1) Sulfamethazine (2) Sulfamethizole (1) Sulfamethoxazole (1) Sulfamethoxazole (3) Tetracyline (2) Trimethoprim (1) Trimethoprim (3) Tylosin (1) 84 115 104 104 115 84 104 84 104 84 104 104 84 84 104 84 104 0.69 0.03 1.7 0.73 0.12 0.34 0.18 0.06 0.12 0.22 0.13 1.9 0.52 0.11 0.71 0.03 0.28 0.42 0.02 1.0 0.06 0.12 0.34 0.05 0.06 0.02 0.22 0.13 0.15 0.066 0.11 0.15 0.013 0.04 Moät vaøi nghieân cöùu khaùc ñaõ xaùc ñònh moät soá khaùng sinh trong heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi vaø caùc doøng thaûi ôû khoaûng noàng ñoä töø ng/l ñeán mg/l. Alder ñaõ phaùt hieän thaáy ciprofloxacin khoaûng hôn 0.08 mg/l ôû nöôùc thaûi sau xöû lyù. Hirch cuõng tìm thaáy erythromycin vôùi noàng ñoä lôùn hôn 6 mg/l taïi doøng nöôùc thaûi sau xöû lyù. Ciprofloxacin ñöôïc ghi nhaän trong nöôùc thaûi beänh vieän vôùi noàng ñoä khoaûng töø 3 – 89 mg/l. Noàng ñoä amoxycillin trong nöôùc thaûi cuûa beänh vieän taïi Ñöùc ñöôïc phaân tích vaøo khoaûng 28 – 82.7 mg/l. Nhoùm khaùng sinh penicillin ñöôïc tìm ra vaøo khoaûng lôùn hôn 25 ng/l vaø 10 mg/l trong nöôùc soâng vaø nöôùc caáp. Ngoaøi ra, nhöõng coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi ñang nhaän nhöõng chaát thaûi chöùa ñöïng khaùng sinh noàng ñoä thaáp. Vaø vôùi noàng ñoä naøy seõ laø moâi tröôøng thuaän lôïi cho vi khuaån khaùng thuoác phaùt trieån. Hôn nöõa, caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi coù theå laø nôi tích luyõ chöùa ñöïng caùc loaïi khaùng sinh cuõng nhö caùc loaïi vi khuaån khaùng khaùng sinh phaùt trieån. 2.5.3 Quaù trình khaùng khaùng sinh trong moâi tröôøng Khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi sinh vaät ñaõ ñöôïc quan saùt ñieàu tra ôû moät soá moâi tröôøng nöôùc khaùc nhau bao goàm nöôùc soâng, bieån, nöôùc thaûi sinh hoaït, nöôùc maët, buøn laéng, nöôùc caáp... Nhöõng moâi tröôøng nöôùc naøy ñaïi dieän cho caùc heä sinh thaùi khaùc nhau vôùi caùc ñieàu kieän khí haäu rieâng bieät. Caùc keát quaû cuûa vi khuaån khaùng khaùng sinh cuõng khaùc nhau cho töøng loaïi hình sinh thaùi. Nhöõng heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi ñöôïc duøng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït vaø coâng nghieäp nhaèm laøm giôùi haïn taùc ñoäng thaáp nhaát ñeán moâi tröôøng. Hieän nay haàu heát caùc nguoàn thaûi ñeàu phaûi ñaït nhöõng giôùi haïn cho pheùp nhö SS, toång N, P, vi sinh, BOD5, COD… Tuy nhieân nhöõng tieâu chuaån naøy chöa ñöôïc quy ñònh ñoái vôùi caùc loaïi khaùng sinh vaø aûnh höôûng cuûa khaùng sinh vôùi noàng ñoä thaáp vaø söï phaùt trieån cuûa caùc vi khuaån khaùng khaùng sinh ñaõ ñeán möùc baùo ñoäng. Vai troø cuûa nhöõng heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi ngaên chaën söï lan traøn cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh trong moâi tröôøng töï nhieän coù taàm quan troïng lôùn ñoái vôùi heä sinh thaùi vaø cuoäc soáng con ngöôøi. 2.5.4 Quaù trình khaùng khaùng sinh trong caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi Hieän nay caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi vôùi caùc coâng ngheä ñieån hình coù theå nhaän nöôùc thaûi töø caùc beänh vieän hay töø caùc nhaø maùy döôïc phaåm. Guardabassi ñaõ nghieân cöùu hieän töôïng khaùng khaùng sinh cuûa Acintobacter spp. Taïi coáng thaûi töø caùc beänh vieän vaø caùc nhaø maùy döôïc phaåm. Möùc ñoä nhaïy caûm ñoái vôùi saùu taùc nhaân khaùng sinh ñaõ ñöôïc caùc ñònh trong 385 gioáng Acintobacter ñöôïc coâ laäp töø caùc maãu choïn loïc töø caùc beänh vieän vaø caùc nhaø maùy döôïc phaåm. Nhöõng taùc nhaân khaùng sinh ñöôïc phaân tích bao goàm amoxyycilin, oxytetracyline, chloramphenicol, sulfamethoxazole, gentamicin vaø ciprofloxacin. Söï ñeà khaùng ñoái vôùi oxytetracylin thöôøng xuyeân taêng nhanh trong nöôùc coáng khi nhaän doøng thaûi töø beänh vieän. Söï buøng phaùt laây lan nhanh choùng vi khuaån khaùng khaùng sinh daãn ñeán nhöõng vaán ñeà nghieâm troïng ñoái vôùi söùc khoeû cuûa ngöôøi beänh khoâng coù khaû naêng ñieàu trò vôùi khaùng sinh. Moät trong nhöõng nguoàn vi khuaån khaùng thuoác trong moâi tröôøng laø taïi coáng thaûi töø caùc heä thoáng xöû lyù. Muïc ñích nghieân cöùu cuûa Hassani laø ñaùnh giaù phaân loaïi loaøi Aeromonas hieän dieän trong nguoàn thaûi sau xöû lyù nhaèm xaùc ñònh aûnh höôûng cuûa phöông phaùp xöû lyù ñoái vôùi khaû naêng khaùng thuoác cuûa loaøi naøy. Taàm quan troïng khi ñaùnh giaù loaøi Aeromonas bôûi vì loaøi naøy laø moät chuûng loaïi vi khuaån lôùn phoå bieán trong moâi tröôøng nöôùc. Trong khoaûng thôøi gian 17 thaùng nghieân cöùu, söï phaân loaïi cuûa loaøi Aeromonas raát khaùc nhau giöõa nhöõng thaùng noùng vaø laïnh. Nhöõng nhoùm phoå bieán cuûa loaøi Aeromonas ñöôïc khaûo saùt laø A. caviae, A. hydrophila, A. sobria. Baûy nhoùm khaùng sinh (amoxycilin, cephalothin, streptomycin, trimethoprim – sulfamethoxazone, chloramphenicol, polymycin B vaø nalidixic) ñöôïc kieåm tra trong 264 maãu coâ laäp trong coâng trình nghieân cöùu naøy. Taát caû nhöõng maãu coâ laäp naøy ñeàu khaùng vôùi amoxycilin vaø 73% khaùng vôùi cephatothin, caû hai khaùng sinh ñeàu thuoäc nhoùm beta – lactam. Taàn soá khaùng toaøn boä ña khaùng sinh cuûa caùc maãu vi khuaån coâ laäp laø 77% vaø chæ soá khaùng khaùng sinh cuûa taát caû caùc gioáng laø 0.29. Nhìn chung trong nghieân cöùu naøy, A. sobria nhaïy caûm vôùi khaùng sinh hôn caùc gioáng A. caviae vaø A. hydrophila. Ngoaøi ra, moãi loaøi theå hieän moät möùc ñoä khaùng thuoác khaùc so vôùi loaøi khaùc. Ví duï, söï khaùng ñoái vôùi cephalothin cuûa A. caviae vaø A. hydrophila vaø A. sobria töông öùng vôùi 91%, 96% vaø 9%. Moät nghieân cöùu khaùc ñaùnh giaù taùc ñoäng cuûa caùc hoà oån ñònh nöôùc thaûi vôù hieän töôïng khaùng khaùng sinh cuûa nhoùm Aeromonas . Trong nghieân cöùu naøy, caùc möùc ñoä khaùng thuoác khaùc nhau cuûa loaøi Aeromonas coâ laäp töø nöôùc coáng vaø nguoàn xaû cuûa hoà oån ñònh nöôùc thaûi khoâng ñöôïc khaûo saùt. Taát caû caùc loaøi ñeàu coù khaû naêng khaùng vôùi moät soá loaïi khaùng sinh nhö khaùng vôùi ampicillin, amoxycilin vaø novobiocin. Khoaûng xaáp xæ 90% caùc gioáng cuûa A. hydrophila vaø A. caviae ñeàu khaùng vôùi cephalothin, vaø khoaûng hôn 80% gioáng cuûa A. sobria cuõng raát nhaïy caûm. Keát quaû nghieân cöùu naøy laø hôïp lyù vaø töông töï nhöõng keát quaû thu ñöôïc töø coâng trình nghieân cöùu cuûa Hassani Mezrious vaø Baleux nghieân cöùu khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa 879 gioáng E. coli coâ laäp töø nöôùc coáng chöa xöû lyù vaø nöôùc thaûi töø hoà hieàu khí vaø caùc heä thoáng duøng buøn hoaït tính. Caû hai caùch xöû lyù treân thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå laøm giaûm BOD5 moät caùch deã daøng. Soá löôïng gioáng khaùng khaùng sinh cuûa loaøi E. coli trong nöôùc thaûi sau xöû lyù taêng nhanh khi so saùnh vôùi tröôùc khi xöû lyù. Ñoái vôùi doøng vaøo vaø doøng ra cuûa heä thoáng, khaû naêng khaùng khaùng sinh taêng khi soá löôïng khaùng sinh ñöôïc giaûm töø baûy ñeán moät. Khaû naêng ña khaùng lôùn nhaát cuûa moät gioáng laø vôùi baûy khaùng sinh (ampicillin, mezlocilin, gentamicin, netilmicin, tobramycin, doxycylin, vaø chloramphenicol). Trong nghieân cöùu naøy, khaû naêng khaùng vôùi quinolone vaø aminosid khoâng ñöôïc tieán haønh khaûo saùt. Morse vaø Jackson ñaõ nghieân cöùu khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån trong heä thoáng xöû lyùnöôùc thaûi taïi thò traán Lubbock, Texas trong taùm thaùng. Keát quaû cho thaáy laø trong heä thoáng xöû lyù vi khuaån coù theå khaùng vôùi nhieàu loaïi khaùng sinh khaùc nhau (Baûng 7 vaø 8). Vi khuaån khaùng vôùi khaùng sinh hoï beta – lactam laø phoå bieán. Nhöõng khaùng sinh hoï beta – lactam ñöôïc nghieân cöùu bao goàm penicillin, ampicillin, amoxycillin vaø cephalothin. Treân ñóa sinh hoïc kieåm tra, amoxycillin ñöôïc keát hôïp vôùi chaát öùc cheá beta – lactamas laø acid clavulanic. Trong moät soá tröôøng hôïp chaát öùc cheá treân ñaõ khoâng coù taùc duïng vaø vi sinh vaät trong heä thoáng vaãn khaùng vôùi hoï beta – lactam phoái hôïp vôùi chaát öùc cheá beta – lactamas. Keát quaûtreân coù theå ñaùnh giaù laø vi khuaån trong heä thoáng xöû lyù coù cô cheá saûn sinh ra enzyme beta – lactamas, vaø giaûi thích ñöôïc raèng beta – lactamas ñöôïc saûn sinh ra nhieàu hôn löôïng chaát öùc cheá acid clavulanic hay laø söï ñoät bieán gen cuûa vi khuaån ñoái vôùi acid treân. Baûng 7: Keát quaû khaùng khaùng sinh trong nöôùc thaûi ñaàu vaøo Khaùng sinh Thaùng 6 Thaùng 7 Thaùng 8 Thaùng 9 Thaùng 10 Thaùng 11 Thaùng 12 Amoxycillin vôùi acid clavulanic Ampicillin Bacitracin Cephalothin Ciprofoxacin Penicillin Rifamicin Streptomycin Tetracyclin Vancomycin R R R R S R R MR NA R R R R R R R R R R R R R R R R R MR MR R R MR R NA R R R MR R R R S R R R R R R S NA R S R R R S R R R NA R R R R R MR R R R NA R (R:khaùng, MR: khaùng trung bình, S: nhaïy caûm, NA: khoâng nhaän bieát) Baûng 8: Keát quaû khaùng sinh trong nöôùc thaûi ñaàu ra Khaùng sinh Thaùng 6 Thaùng 7 Thaùng 8 Thaùng 9 Thaùng 10 Thaùng 11 Thaùng 12 Amoxycillin vôùi acid clavulanic Ampicillin Bacitracin Cephalothin Ciprofoxacin Penicillin Rifamicin Streptomycin Tetracyclin Vancomycin S R R R S R MR S NA R S R R R R R MR S S R S MR R MR S R S R S S R R NA R R R R R R R S S R MR S MR R S NA R S S R MR S R S S NA R S S R R S R MR S NA R Ñeå ñaùnh giaù taùc ñoäng cuûa nöôùc thaûi ñoâ thò bao goàm caû caùc doøng thaûi ñaõ ñöôïc xöû lyù, Goni Uriza ñaõ nghieân cöùu khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån coâ laäp töø soâng Agar ôû Taây Ban Nha. Nhöõng maãu nöôùc soâng naøy ñöôïc thu thaäp ôû ngöôïc doøng hay xuoâi doøng cuûa doøng chaûy töø heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi cuûa thaønh phoá Pamplona. Enterobacteriaceae vaø Aeromonas laø hai ñoái töoïng cuûa nghieân cöùu naøy. Haàu heát Aeromonas (72%) vaø 20% cuûa Enterobacteriaceae ñeàu khaùng vôùi nalidixic acid, moät loaïi thuoäc nhoùm quinolone. Tyû leä phaàn traêm khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa caû hai nhoùm vi khuaâån treân ñeàu giaûm xuoâi doøng theo doøng chaûy. Phaân tích di truyeàn hoïc cho thaáy raèng nhöõng khaû naêng khaùng thuoác naøy laø haàu heát do caùc nhieãm saéc theå trung gian ñoái vôùi Enterobacteriaceae vaø do caùc nhieãm saéc theå trung gian rieâng bieät ñoái vôùi Aeromonas. Moät soá nghieân cöùu khaùc khaû naêng khaùng cuûa vi khuaån töï nhieân vaø kî khí ôû ngöôïc doøng cuûa caùc thaønh phoá ít hôn, taêng leân ôû xuoâi doøng vaø giaûm daàn khi xuoâi doøng xa hôn. Nghieân cöùu khaùc bôûi Gonzalo ñaùnh giaù khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa 418 gioáng E. coli coâ laäp töø nöôùc soâng nhaän nguoàn thaûi töø coáng. Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy raèng vi khuaån ôû vuøng nöôùc ít bò oâ nhieãm hôn thì khaû naêng khaùng khaùng sinh cuõng thaáp hôn nhöõng vi khuaån ôû taïi caùc vuøng nöôùc bò oâ nhieãm cao hôn. Keát quaû nghieân cöùu cuõng cho thaáy raèng khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån cung khoâng toàn taïi laâu trong moâi tröôøng khoâng coù aùp löïc choïn loïc. Moâi tröôøng nöôùc töï nhieân nhö hoà, soâng, suoái laø moâi tröôøng cho khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån coù theå phaùt trieån. Arvanitdou nghieân cöùu söï chuyeån dòch cuûa khaû naêng khaùng khaùng sinh giöõa caùc vi khuaån thuoäc gioáng Salmonella coâ laäp töø nöôùc maët ôû mieàn baéc Hy Laïp. Söï khaùc veà caùch söû duïng khaùng sinh vaø caùc ñieàu kieän khí haäu ñöa ñeán keát quaû khaû naêng khaùng khaùng sinh giöõa caùc vi khuaån trong nöôùc maët thay ñoåi theo vi trí ñòa lyù. Nghieân cöùu chæ cho thaáy 24% gioáng Salmonella ñöôïc kieåm tra chæ khaùng vôùi moät hay nhieàu hôn nhöõng loaïi khaùng sinh thí nghieäm. Khaû naêng khaùng vôùi Streptomycin laø phoå bieán haàu heát nhöng khoâng lan truyeàn trong moïi tröôøng hôïp. Tuy nhieân, khaùng ampicillin (ampicillin laø thuoäc nhoùm beta – lactam) thì coù lan truyeàn. Taùc giaû cho raèng nhöõng phaùt hieän ñaõ chöùng minh söï hieän dieän cuûa nhoùm plasmid – trung gian phoå bieán thuoäc caùc daïng TEM beta – lactamas (TEM laáy teân cuûa beänh nhaân Temoriera maø ngöôøi ta phaân laäp ñöôïc chuûng E. coli ñaàu tieân coù enzyme naøy). Trong moät soá tröôøng hôïp, nhoùm khaùng ampicillin ñöôïc chuyeån dòch qua laïi vôùi nhoùm khaùng aminoglycosid. 2.5.5 Söï phaùt trieån cuûa khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån Ñieàu aûnh höôûng nghieâm troïng vaø gaây ra nguy cô nhieàu nhaát cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh laø söï phaùt trieån roäng raõi cuûa khaû naêng khaùng khaùng sinh töø loaøi vi khuaån naøy ñeán loaøi vi khuaån khaùc, thaäm chí trong nhieàu tröôøng hôïp khaû naêng treân ñöôïc lan truyeàn töø vi khuaån khoâng gaây beänh sang vi khuaån gaây beänh. Moái nguy cô khaùng khaùng sinh ñang ñöôïc quan taâm ñoái vôùi moâi tröôøng cuûa caùc caù theå nhö beänh vieän, nhaø maùy döôïc phaåm,… vaø cuõng ñöôïc quan taâm trong moâi tröôøng nöôùc nhö trong heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi. Söï khaùng vôùi caùc taùc nhaân beta – lactam ñöôïc quan saùt giöõa vi khuaån Klebsiella pneumoniae vaø E. coli trong beänh vieän ôû Phaùp, vôùi keát quaû quan saùt söï keùm nhaïy caûm cuûa E. coli vôùi cefotaxim. Ba loaïi beta – lactamas ñöôïc xaùc ñònh laø trung gian hình thaønh khaû naêng khaùng vôùi cefotaxim vaø caùc penicillin vaø caùc nhoùm cephalosporin khaùc. Nhö vaäy, caùcnhoùm beta – lactam naøy laø nhöõng nhoùm coù hoaït phoå roäng. Chuùng ta nhaän thaáy roõ raøng raèng cô theå cuûa moãi thaønh vieân trong coäng ñoàng coù theå laø nôi chöùa ñöïng caùc vi khuaån hoäi sinh coù gen khaùng khaùng sinh. Ñieàu naøy coù theå gaây khoù khaên raát lôùn khi ñieàu trò caùc beänh veà nhieãm khuaån bôûi vì söï lan traøn caùc vi khuaån gaây beänh ñöôïc nhaän nhöõng gen khaùng thuoác töø nhöõng vi khuaån khoâng gaây beänh trong cô theå. Ñoái vôùi vi khuaån Gram - aâm, khaû naêng khaùng laø phoå bieán cho bôûi daïng trung gian TEM 1 beta – lactamas, daïng trung gian naøy chieám hôn 80% trong taát caû caùc plasmid trung gian. Taïi Edinburgh, thuoäc nöôùc Anh, khaû naêng khaùng khaùng sinh ñöôïc theo doõi trong cô theå con ngöôøi, bao goàm khaû naêng khaùng vôùi ampicillin. Plasmid chöùa daïng Tem 1 beta – lactamas ñöïôc maõ hoaù thoâng tin vaø ñöôïc xem xeùt trong coäng ñoàng vaø ngöôøi ta tin raèng noù laø thuû phaïm cuûa nhöõng enzyme beta – lactamas hoatï phoå roäng. 2.5.6 Keát luaän Qua nhöõng keát quaû nghieân cöùu treân ñaây cho thaáy söï hieän dieän cuûa khaùng sinh cuõng nhö nhöõng döôïc phaåm vaø caùc saûn phaåm chaêm soùc söùc khoeû con ngöôøi khaùc trong moâi tröôøng gaây ra nhöõng taùc ñoäng nghieâm troïng ñeán heä sinh thaùi vaø cuoäc soáng cuûa con ngöôøi. Khaùng sinh laø nhoùm hôïp chaát ñaëc bieát gaây ra nhöõng aûnh höôûng xaáu bôûi vì khaû naêng cuûa chuùng coù theå taïo thaønh t ính chaát khaùng khaùng sinh cuûa coäng ñoàng vi sinh vaät. Khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng töø nhieàu nguoàn khaùc nhau bao goàm theo caùc doøng chaûy töø caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït vaø caùc coâng ty döôïc phaåm, thaát thoaùt töø caùc quaù trình chaên nuoâi, töø caùc chaát thaûi cuûa con ngöôøi vaø ñoäng vaät chöùa khaùng sinh. Tuy nhieân noàng ñoä khaùng sinh khoâng chæ giôùi haïn trong moâi tröôøng nöôùc töï nhieân. Nhöõng phaùt hieän gaàn ñaây cho thaáy ñaõ phaân tích moät soá noàng ñoä cuûa moät soá khaùng sinh trong nöôùc caáp. Ñieàu ñoù cho chuùng ta thaáy khaû naêng toàn taïi vaø lan truyøeân roäng raõi cuûa khaùng sinh Ñieàu ñaùng lo ngaïi nhaát laø caùc vi khuaån khaùng khaùng sinh khi xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng coù theå lan truyeàn caùc maõ di truyeàn khaùng khaùng sinh ñeán coäng ñoàng vi khuaån, keát quaû laø söï thay ñoåi tính chaát khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån trong moâi tröôøng töï nhieân coù theå laøm roái loaïn heä sinh thaùi vaø seõ laø hieåm hoaï ñoái vôùi söùc khoeû con ngöôøi. Ví duï, khi con ngöôøi coù veát thöông laäp töùc veát thöông ñoù seõ laø muïc tieâu taán coâng cuûa caùc loaïi vi khuaån, khi caùc vi khuaån khaùng khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo thì khaû naêng ñieàu trò baèng caùc loaïi khaùng sinh seõ raát khoù khaên vaø ñoâi khi khoâng mang laïi keát quaû nhö mong muoán vaø khaû naêng coù theå gaây töû vong. Hieän nay, caùc beänh nhieãm khuaån vaãn laø caên nguyeân haøng ñaàu gaây töû vong, haøng naêm cöôùp ñi sinh maïng khoaûng 17 trieäu ngöôøi. Nhöng ñeán nay söï khôûi phaùt tieàm taøng vaø tieán trieån khoâng ngöøng cuûa caùc vi khuaån khaùng thuoác ñaõ trôû thaønh moái lo ngaïi veà vaán ñeà moâi tröôøng cuõng nhö söùc khoeû cuûa coäng ñoàng. Vieäc xöû lyù ñeå loaïi boû khaùng sinh trong nöôùc thaûi trôû thaønh vaán ñeà caáp thieát. Chöông 3: TOÅNG QUAN VEÀ CAÙC COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI 3.1 Sô löôïc veà caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thoâng duïng. Caùc chaát thaûi nguy hieåm trong quaù trình thaûi raát ña daïng, chuùng khaùc nhau veà chuûng loaïi, noàng ñoä, nguoàn thaûi, löôïng thaûi, coù hoaëc khoâng coù chaát thaûi raén. Chính vì vaäy ñeå xöû lyù nöôùc thaûi thöôøng phaûi aùp duïng keát hôïp vaøi phöông phaùp. Caùc phöông phaùp hay söû duïng nhaát laø: -Haáp thuï baèng than hoaït tính -Thoåi khí -Xöû lyù sinh hoïc -Trung hoaø -Keát tuûa hoaù hoïc -Oxi hoaù hoaù hoïc -Khöû hoaù hoïc -Loïc -Laéng 3.1.1 Haáp thuï baèng than hoaït tính Than hoaït tính ñöôïc söû duïng raát hieäu quaû ñeå loaïi boû caùc chaát höõu cô nguy hieåm nhö: caùc chaát thôm, halocacbon, thuoác tröø saâu, phenol,…noù coøn coù khaû naêng haáp thuï raát toát caùc chaát voâ cô nhö antimon, asen, brom, clo, coban, iot, thuyû ngaân, keõm,… Coù hai loaïi than hoaït tính hay duøng laø than boät hoaëc than veâ vieân. Tröôùc khi xöû lyù nöôùc thaûi baèng than hoaït tính, nöôùc thaûi caàn ñöôïc xöû lyù sô boä taùch caùc chaát höïu cô, taùch daàu vaø caùc chaát raén lô löûng baèng caùc phöông phaùp nhö thoåi khí, xöû lyù sinh hoïc… Than hoaït tính coù theå söû duïng laïi sau khi qua quaù trình hoaøn nguyeân. 3.1.2 Thoåi khí Phöông phaùp thoåi khí thöôøng duøng ñeå xöû lyù sô boä nöôùc thaûi (taùch caùc chaát deã bay hôi) tröôùc khi ñöa vaøo xöû lyù baèng than hoaït tính hoaëc xöû lyù sinh hoïc. Coù nhieàu loaïi thieát bò thoåi khaùc nhau nhö thieát bò suïc khí, thaùp ñeäm, thaùp phun roãng… Phöông phaùp thoåi khí coù nhöôïc ñieåm laø ñöa caùc chaát nguy hieåm deã bay hôi vaøo khoâng khí. 3.1.3 Xöû lyù sinh hoïc Phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc laø duøng caùc vi khuaån öa khí ñeå phaân huyû caùc chaát höõu cô nguy hieåm vôùi söï coù maët cuûa oxy, taïo thaønh CO2, nöôùc vaø caùc teá baøo sinh hoïc môùi. Goàm caùc phöông phaùp cô baûn sau: -Buøn hoaït tính -Beå sinh hoïc suïc khí -Loïc taàng coá ñònh kieåu tia -Tieáp xuùc sinh hoïc loaïi quay a. Phöông phaùp buøn hoaït tính Phöông phaùp buøn hoaït tính thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi. Trong thieát bò xöû lyù baèng buøn hoaït tính, caùc vi khuaån ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi lô löûng vaø phaân boá töông ñoái ñeàu do söï khuaáy troän baèng khí neùn hoaëc caùnh khuaáy. Moät quy trình coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi baèng buøn hoaït tính thöôøng goàm caùc thieát bò: thieát bò ñieàu chænh pH, beå laéng (xöû lyù sô boä), beå buøn hoaït tính (xöû lyù baèng sinh hoïc), beå laéng caáp 2 (thu nöôùc trong vaø tuaàn hoaøn laïi buøn hoaït tính), thieát bò loïc buøn (xöû lyù buøn cuûa quaù trình xöû lyù haát thaûi). Oxy caán thieát cho quaù trình sinh hoïc ñöôïc caáp vaøo beå xöû lyù sinh hoïc baèng nhieàu caùch khaùc nhau nhö bôm suïc khí, khuaáy beà maët nöôùc thaûi… b. Beà sinh hoïc suïc khí Quaù trình phaân huyû caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi baèng phöông phaùp beå sinh hoïc suïc khí veà cô baûn gioáng nhö baèng phöông phaùp buøn hoaït tính. Vieäc caáp oxy cho quaù trình phaân huyû cuõng ñöôïc thöïc hieän baèng caùc phöông phaùp töông töï nhö phöông phaùp buøn hoaït tính. Söï khuaáy troän ñeå giöõ cho löôïng oxy hoaø tan lôùn vaø taát caû caùc haït raén ñeàu ôû traïng thaùi lô löûng. Beå sinh hoïc suïc khí ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù moät soá chaát thaûi nguy hieåm. Öu ñieåm cuûa loaïi thieát bò naøy laø chi phí vaän haønh thaáp, taïo ít buøn, nhöng coù nhöôïc ñieåm laø thôøi gian löu lôùn hôn so vôùi phöông phaùp buøn hoaït tính. c. Loïc taàng coá ñònh kieåu tia Phöông phaùp naøy khaùc bieät so vôùi hai phöông phaùp buøn hoaït tính vaø beå sinh hoïc suïc khí laø caùc vi khuaån khoâng ôû traïng thaùi lô löûng maø baùm vaøo caùc lôùp vaät lieäu, taïo thaønh lôùp maøng sinh hoïc. Caùc lôùp loïc taàng coá ñònh ñöôïc hình thaønh töø caùc lôùp vaät lieäu ñeäm khaùc nhau nhö ñaù vuïn, ñeäm nhaân taïo töø goã, chaát deûo… Caùc vaät lieäu ñeäm naøy trong quaù trình hoaït ñoäng seõ taïo ra lôùp maøng sinh hoïc do caùc vi khuaån baùm treân beà maët. Khi nöôùc thaûi ñi qua lôùp ñeäm naøy, caùc chaát höõu cô seõ bò caùc lôùp maøng sinh hoïc phaân huyû d. Tieáp xuùc sinh hoïc loaïi quay Thieát bò tieáp xuùc sinh hoïc loaïi quay xöû lyù caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi gioáng nhö thieát bò loïc taàng coá ñònh. Thieát bò naøy ñöôïc hình thaønh töø nhieàu ñóa troøn, coù ñöôøng kính lôùn laøm baèng polystyren hoaëc PVC ñaët saùt nhau, laép vaøo truïc maët naèm ngang, quay chaäm vaø gaäp khoaûng 40% trong beà maët nöôùc thaûi. Khi ñoù caùc maøng sinh hoïc ñöôïc hình thaønh treân beà maët tieáp xuùc cuûa ñóa seõ thöïc hieän quaù trình phaân huyû caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi baùm treân ñóa quay. 3.1.4 Xöû lyù baèng phöông phaùp hoaù hoïc Caùc quaù trình hoaù hoïc ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù caùc chaát thaûi nguy hieåm trong nöôùc thaûi laø: -Trung hoaø -Keát tuûa hoaù hoïc -Oxi hoaù hoaù hoïc -Khöû hoaù hoïc a. Phöông phaùp trung hoaø Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng ñeå trung hoaø nöôùc thaûi coù tính axit hoaëc kieàm cao tröôùc khi thaûi ra ngoaøi hoaëc tröôùc khi tieáp tuïc xöû lyù baèng phöông phaùp hoaù hoïc hoaëc sinh hoïc. Caùc chaát hay söû duïng ñeå trung hoaø nöôùc thaûi axit laø: -Ñaù voâi CaCO3 -Söõa voâi Ca(OH)2 -Xut NaOH -Hydroxit magie Mg(OH)2 Hoaù chaát hay söû duïng ñeå trung hoaø nöôùc thaûi kieàm cao laø axit sunphuric, axit clohydric b. Phöông phaùp keát tuûa hoaù hoïc Keát tuûa hoaù hoïc hay ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù caùc kim loaïi naëng trong nöôùc thaûi thoâng qua vieäc ñieàu chænh ñoä pH ñeå thu ñöôïc caùc hydroxit kim loaïi keát tuûa. Caùc hoaù chaát hay duøng ñeå ñieàu chænh pH laø söõa voâi, xut vaø hydroxit – magie. Caùc hydroxit kim loaïi keát tuûa ôû theå keo coù kích thöôùc raát nhoû, neáu khoâng coù caùc chaát trôï laéng (taïo boâng laéng) thì chuùng khoâng theå laéng ñöôïc. Caùc hoaù chaát taïo boâng laéng hay duøng laø caùc muoái kim loaïi nhö Fe2(SO4)3, FeSO4, FeCl3, Al2(SO4)3 vaø caùc polyme. Vieäc löïa choïn caùc chaát trôï laéngn phuø hôïp vaø cheá ñoä laøm vieäc caàn ñöôïc xaùc ñònh qua thöïc nghieäm. Trong tröôøng hôïp ñoä pH cuûa nöôùc thaûi sau khi xöû lyù caùc kim loaïi naëng cao hôn ñoä pH cho pheùp thì caàn ñieàu chænh lai pH baèng caùch boå sung theâm axit sunphuric. c. Phöông phaùp oxi hoaù hoaù hoïc Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå xöû lyù xyanua, caùc hôïp chaát coù chöùa löu huyønh, caùc chaát höõu cô, phenol, thuoác tröø saâu trong nöôùc thaûi. Caùc chaát oxi hoaù thöôøng ñöôïc söû duïng laø oxy khoâng khí, ozon (O3), clo (Cl2), natri hypoclorit (NaCLO), Clo dioxit (ClO2), hydro peroxit (H2O2). Tuyø theo töøng ñoái töôïng cuï theå maø phaûi xöû lyù ñoä pH tôùi caùc giaù trò khac nhau vôùi söï boå sung caùc hoaù chaát nhö xut, söõa voâi, axit clohydric Daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù chaát thaûi baèng phöông phaùp oxi hoaù hoaù hoïc thöôøng goàm moät vaøi thieát bò phaûn öùng coù caùnh khuaáy (töông öùng theo yeâu caàu cuûa töøng giai ñoaïn trong quaù trình). Thôøi gian löu, ñoä pH vaø cöôøng ñoä khuaáy laø caùc yeáu toá quan troïng ñeå thöïc hieän quaù trình. Cuõng töông töï nhö giai ñoaïn cuoái cuûa phöông phaùp keát tuûa hoaù hoïc, neáu nhö ñoä pH cuûa nöôùc thaûi khoâng ñaït tieâu chuaån thaûi thì phaûi duøng hoaù chaát ñeå ñieàu chænh laïi ñoä pH. d. Phöông phaùp khöû hoaù hoïc Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc khöû Croâm hoaù trò 6 ñoäc sang Croâm hoaù trò 3 keát tuûa ít ñoäc vaø caùc kim loaïi khaùc nhö thuyû ngaân, chì trong nöôùc thaûi. Caùc hoaù chaát hay duøng ñeå khöû laø: -Dioxit löu huyønh vaø caùc muoái cuûa chuùng, SO2, NaHSO3, Na2SO3 -Natri dihionit Na2S2O4 -Moät soá caùc ion kim loaïi khaùc cuõng ñöôïc nghieân cöùu ñeå khöû Cr+6 trong moâi tröôøng axit. Trong tröôøng hôïp xöû lyù caùc kim loaïi hoaø tan trong nöôùc thaûi, daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù bao goàm thieát bò phaûn öùng thöïc hieän quaù trình khöû hoaù, thieát bò ñieàu chænh pH, thieát bò taïo boâng laéng, thieát bò laéng vaø thieát bò loïc. 3.2 Caùc phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán (AOPs) 3.2.1 Giôùi thieäu chung Moät trong nhöõng coâng ngheä cao noåi leân trong thôøi gian gaàn ñaây laø coâng ngheä phaân huyû khoaùng hoaù chaát oâ nhieãm höõu cô trong nöôùc vaø nöôùc thaûi döïa treân caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao ñöôïc ñònh nghóa laø nhöõng quaù trình phaân huyû oxi hoaù döïa vaøo goác töï do hoaït ñoäng hydroxyl *OH ñöôïc taïo ra in situ ngay trong quaù trình xöû lyù. Goác hydroxyl laø moät taùc nhaân oxi hoaù maïnh nhaát trong soá caùc taùc nhaân oxi hoaù ñöôïc bieát töø tröôùc ñeán nay, coù khaû naêng phaân huyû oxi hoaù khoâng löïa choïn moïi hôïp chaát höõu cô , duø laø loaïi khoù phaân huyû nhaát, bieán chuùng thaønh nhöõng hôïp chaát voâ cô (coøn goïi laø khoaùng hoaù) khoâng ñoäc haïi nhö CO2, H2O, caùc axit voâ cô,… Töø nhöõng taùc nhaân oxi hoaù thoâng thöôøng nhö hydrogen peroxit, ozon, coù theå naâng cao khaû naêng oxi hoaù cuûa chuùng baèng caùc phaûn öùng hoaù hoïc khaùc nhau ñeå taïo ra goác hydroxyl, thöïc hieän quaù trình oxi hoaù giaùn tieáp thoâng qua goác hydroxyl, vì vaäy caùc quaù trình naøy ñöôïc goïi laø caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao hy goïi taét laø caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao ñaõ noåi leân nhöõng naêm gaàn ñaây nhö laø moät loaïi coâng ngheä cao coù taàm quan troïng trong vieäc ñaåy maïnh quaù trình oxi hoaù, giuùp phaân huyû nhieàu loïi chaát höõu cô oâ nhieãm khaùc nhau trong nöôùc vaø khoâng khí. Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao raát thích hôïp vaø ñaït hieäu quaû cao ñeå phaân huyû caùc chaát oâ nhieãm höõu cô khoù phaân huyû (POPs) nhö hydrocacbon halogen hoaù (trihalometan – THM, tricloroetan, tricloroetylen,…), caùc hydrocacbon aromatic (benzen, toluen, etylbenzen, xylen – BTEX), polyclorbiphenyl (PCB), nitrophenol, caùc hoaù chaát baûo veä thöïc vaät, dioxin vaø furan, thuoác nhuoäm, caùc chaát hoaït ñoäng beà maët… Ngoaøi ra, do tac duïng oxi hoaù cöïc maïnh cuûa chuùng so vôùi caùc taùc nhaân dieät khuaån truyeàn thoáng (caùc hôïp chaát cuûa clo) neân caùc goác hydroxyl ngoaøi khaû naêng tieâu dieät trieät ñeå caùc vi khuaån thoâng thöôøng nhö Escherichia coli, Coliform coøn dieät ñöôïc caùc loaïi teá baøo vi khuaån vaø virus gaây beänh maø clo khoâng theå dieät noåi nhö Campylobacter, Yersina, Mycobacteria, Nigionella, Cryptosporidium,… Maët khaùc, khöû truøng baèng caùc goác hydroxyl *OH laïi raát an toaøn so vôùi khöû truøng baèng clo vì khoâng taïo ra caùc saûn phaåm phuï gaây ung thö nhö caùc chaát höõu cô chöùa clor trihalometan (THM). 3.2.2 Nhöõng öu vieät cuûa quaù trình phaân huyû oxi hoaù baèng goác töï do hydroxyl *OH 3.2.2.1 Nhöõng haïn cheá cuûa quaù trình oxi hoaù hoaù hoïc baèng caùc taùc nhaân oxi hoaù thoâng thöôøng Trong coâng ngheä xöû lyù nöôùc vaø nöôùc thaûi truyeàn thoáng, thöôøng söû duïng caùc chaát oxi hoaù thoâng duïng sau ñaây: Clo (Cl2) Clo laø chaát oxi hoaù hoaù hoïc toát ñöôïc söû duïng ñeå khöû Fe2+ trong nöôùc ngaàm hoaëc nöôùc maët, trong khöû truøng nöôùc sau xöû lyù. Vì clo laø chaát oxi hoaù töông ñoái maïnh, reû tieàn vaø deã söû duïng neân ñöôïc duøng raát phoå bieán trong ngaønh xöû lyù nöôùc vaø nöôùc thaûi cho ñeán ngaøy nay. Tuy vaäy, nhöôïc ñieåm chính cuûa clo laø trong quaù trình khöû saét vaø khöû truøng baèng clo ñaõ taùc duïng vôùi caùc chaát höõu cô thieân nhieân (NOM), taïo ra nhöõng phuï phaåm laø caùc chaát höõu cô chöùa clo (THM) gaây nguy cô ung thö cho ngöôøi söû duïng . Ngoaøi ra, clo chæ coù khaû naêng khöû truøng moät soá raát haïn cheá loaïi vi khuaån nhö E. coli, khoâng coù khaû naêng dieät caùc vi khuaån hoaëc virus truyeàn beänh nguy hieåm nhö Giardia vaø Cryptosporidium. Kali pecmanganat (KMnO4) Kali pecmanganat laø chaát oxi hoaù ñöôïc söû duïng roäng raõi trong xöû lyù nöôùc. Ñoù laø chaát oxi hoaù maïng hôn clo, coù theå laøm vieäc trong khoaûng pH roäng, nhöng ñaét tieàn. Ngoaøi ra, nhöôïc ñieåm ñaùng keå cuûa kali pecmanganat khi söû duïng trong xöû lyù nöôùc laø taïo ra mangan dioxit trong quaù trình oxi hoaù, chaát naøy keát tuûa vaø do vaäy phaûi taùch ra baèng caùch loïc hoaëc laéng, gaây taêng theâm chi phí. Hydrogen peroxit (H2O2) Hydrogen peroxit laø chaát oxi hoaù maïnh hôn clo vaø kali pecmanganat vaø ñöôïc söû duïng raát phoå bieán trong xöû lyù nöôùc thaûi ñeå phaân huyû caùc chaát höõu cô vaø khöû maøu cuûa nöôùc thaûi ngaønh giaáy hoaëc deät nhuoäm. Ngoaøi ra, öu ñieåm cuûa hydrogen peroxit laø khoâng ra chaát ñoäc hoaëc chaát coù maøu trong quaù trình söû duïng. Tuy vaäy, khaû naêng oxi hoaù cuûa hydrogen peroxit khoâng ñuû maïnh ñeå khoaùng hoaù hoaøn toaøn chaát oâ nhieãm höõu cô nhö yeâu caàu ñoøi hoûi. Ozon (O3) Ozon laø chaát oxi hoaù maïnh nhaát trong soá caùc chaát oxi hoaù thoâng duïng keå treân, ñöôïc söû duïng ñeå khöû truøng, phaân huyû caùc chaát höõu cô hoaëc ñeå khöû maøu nöôùc thaûi ngaønh giaáy hoaëc deät nhuoäm, khöû muøi hoâi, khöû saét hoaëc mangan trong nöôùc sinh hoaït. Öu ñieåm cuûa ozon laø töï phaân huyû, khoâng ñeå laïi caùc phuï phaåm laï vaø nguy hieåm trong nöôùc sau khi phaûn öùng. Tuy vaäy, ozon hoaø tan keùm trong nöôùc vaø laø hôïp chaát khoâng beàn, thôøi gian soáng chæ vaøi phuùt. Vì vaäy, ñeå coù theå ñaït ñöôïc soá löôïng ozon hoaø tan ñuû lôùn cho quaù trình oxi hoaù, phaûi ñöa vaøo moät löôïng ozon lôùn. Ngoaøi nhöôïc ñieåm noùi treân, khi söû duïng ozon laøm chaát oxi hoaù trong xöû lyù nöôùc vaø nöôùc thaûi laø phaûi saûn xuaát ozon taïi choã, ngay trong daây chuyeàn xöû lyù. 3.2.2.2 Nhöõng öu ñieåm cuûa quaù trình phaân huyû oxi hoaù baèng goác töï do hydroxyl *OH Goác hydroxyl *OH vaø khaû naêng oxi hoaù cuûa noù. Oxi hoaù laø quaù trình trong ñoù eletron ñöôïc chuyeån töø moät chaát naøy sang moät chaát khaùc. Ñieàu naøy taïo ra moät hieäu theá ñöôïc bieåu thò baèng volt (V) döïa treân hieäu theá ñieän cöïc hydro baèng 0. Moãi chaát (taùc nhaân) oxi hoaù ñeàu coù moät theá oxi hoaù khaùc nhau vaø ñaïi löôïng naøy ñöôïc duøng ñeå so saùnh khaû naêng oxi hoaù maïnh hay yeáu cuûa chuùng. Khaû naêng oxi hoaù cuûa caùc taùc nhaân oxi hoaù ñöôïc theå hieän qua theá oxi hoaù vaø ñöôïc saép xeáp theo thöù töï trình baøy treân baûng 9 Baûng 9: Khaû naêng oxi hoaù cuûa moät soá taùc nhaân oxi hoaù. Taùc nhaân oxi hoaù Theá oxi hoaù, V Goác hydroxyl Ozon Hydrogen peroxit Permanganat Hydrobromic axit Clo dioxit Hypocloric axit Hypoiodic axit Clo Brom Iod 2,80 2,07 1,78 1,68 1,59 1,57 1,49 1,45 1,36 1,09 0,54 Nhieàu taùc nhaân oxi hoaù maïnh ñeàu laø caùc goác töï do, trong soá ñoù, goác hydroxyl *OH laø taùc nhaân oxi hoaù maïnh nhaát. Theá oxi hoaù cuûa goác hydroxyl *OH laø 2,80 V, cao nhaát trong soá caùc taùc nhaân oxi hoaù thöôøng gaëp. Neáu so vôùi clo, theá oxi hoaù cuûa goác hydroxyl *OH cao gaáp 2,05 laàn vaø so vôùi ozon, theá oxi hoaù cuûa goác hydroxyl *OH cao gaáp 1,52 laàn. Ñaëc tính cuûa goác töï do laø trung hoaø veà ñieän trong khi caùc ion ñeàu mang ñieän tích döông hoaëc aâm. Goác töï do ñöôïc taïo thaønh töø söï taùch ra hai phaàn baèng nhau cuûa lieân keát 2 electron, ví duï nhö khi quang phaân H2O2 seõ thu ñöôïc 2 goác *OH nhö sau: HO : OH + hv à HO* + *OH Moãi goác *OH ñeàu khoâng mang ñieän, hai goác HO* coù theå keát hôïp trôû laïi thaønh HOOH cuõng khoâng mang ñieän. Kyù hieäu * cho bieát laø goác töï do vaø bieåu thò moät electron leû ñoâi. Goác töï do naøy khoâng toàn taïi saün nhö nhöõng taùc nhaân oxi hoaù thoâng thöôøng maø chæ ñöôïc saûn sinh in situ ngay trong quaù trình phaûn öùng, coù thôøi gian soáng raát ngaén, khoaûng vaøi phaàn nghìn giaây (micro second) nhöng lieân tuïc ñöôïc sinh ra trong suoát quaù trình phaûn öùng. Cô cheá phaûn öùng vaø phöông thöùc phaûn öùng cuûa goác hydroxyl *OH Moät khi goác töï do ñöôïc hình thaønh, laäp töùc xaûy ra haøng loaït caùc phaûn öùng keá tieáp theo kieåu daây chuoãi vôùi nhöõng goác hoaït ñoäng môùi. Vì vaäy, söï hình thaønh goác hydroxyl ñöôïc xem nhö khôi maøo cho haøng loaït caùc phaûn öùng xaûy ra keá tieáp trong dung dòch. Vì phaûn öùng cuûa goác hydroxyl xaûy ra khoâng choïn löïa, neân trong quaù trình ñoù taïo ra nhieàu saûn phaåm trung gian khaùc nhau, khoù tieân ñoaùn taát caû nhöõng saûn phaåm oxi hoaù trung gian coù theå taïo ra trong quaù trình. Goác hydroxyl *OH coù theå taùc kích vôùi caùc chaát oâ nhieãm theo caùc kieåu sau ñaây: Phaûn öùng coäng vôùi caùc hôïp chaát khoâng no maïch thaúng hoaëc voøng thôm, taïo ra goác môùi hydroxylat hoaït ñoäng: *OH + CH2 = CH2 à *CH2 – CH2(OH) Phaûn öùng taùch hydrogen töø caùc hôïp chaát no hoaëc khoâng no, taïo thaønh nöôùc vaø goác môùi hoaït ñoäng: *OH + CH3 – CO – CH3 à *CH2COCH3 + H2O Phaûn öùng trao ñieän töû taïo ra goác ion môùi hoaït ñoäng: *OH + CH3 – S – C6H5 à [CH3 – S – C6H5]+* + OH Quaù trình phaûn öùng tieáp tuïc phaùt trieån nhôø caùc goác töï do môùi sinh ra theo kieåu phaûn öùng daây chuoãi cho ñeán khi voâ cô hoaù (khoaùng hoaù) hoaøn toaøn hoaëc daây chuoãi bò ñöùt. Muïc ñích mong muoán cuoái cuøng cuûa quaù trình oxi hoaù caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc vaø nöôùc thaûi laø ñeå voâ cô hoaù (khoaùng hoaù), töùc chuyeån hoaù caùc chaát oâ nhieãm höõu cô thaønh caùc chaát voâ cô ñôn giaûn vaø khoâng ñoäc haïi. Cuï theå laø chuyeån: -Cacbon trong phaân töû chaát oâ nhieãm thaønh CO2 -Hydrogen trong phaân töû chaát oâ nhieãm thaønh H2O -Photpho trong phaân töû chaát oâ nhieãm thaønh photphat hoaëc photphoric axit. -Sunfua trong phaân töû chaát oâ nhieãm thaønh sunfat -Nitô trong phaân töû chaát oâ nhieãm thaønh nitrat -Halogen trong phaân töû chaát oâ nhieãm thaønh halogen axit -Caùc hôïp chaát voâ cô taïo thaønh traïng thaùi oxi hoaù cao hôn nhö Fe2+ thaønh Fe3+. Ñaëc ñieåm chung cuûa vieäc oxi hoaù caùc chaát baèng caùc taùc nhaân oxi hoaù thöôøng duøng laø khoâng theå xaûy ra vôùi moïi chaát vaø khoâng theå xaûy ra trieät ñeå, trong khi ñoù, ñaëc tröng quan trong cuûa goác *OH laø haàu nhö khoâng choïn löïa khi phaûn öùng vôùi caùc chaát khaùc nhau ñeå oxi hoaù vaø phaân huyû chuùng. Coù theå keå ra moät soá hôïp chaát höõu cô döôùi ñaây ñeàu bò oxi hoaù deã daøng bôûi goác *OH (baûng 10): Baûng 10: Nhöõng hôïp chaát höõu cô bò oxi hoaù bôûi goác *OH ñaõ ñöôïc nghieân cöùu Nhoùm Hôïp chaát Axit Focmic, gluconic, lactic, malic, propionic, tactaric Alcohol Benzyl, tert-butyl, etanol, etylen glycol, glyxerol, iso-propanol, metanol, propenediol Aldehyd Axetaldehyd, benzaldehyd, focmaldehyd, glyoxal, iso-butyraldehyd, tricloroaxetaldehyd Aromatic Benzen, clorobenzen, clorophenol, creozot, diclorophenol, hydroquinon, p-nitrophenol, phenol, toluen, triclorophenol, xylen, trinitrotoluen Amin Anilin, amin voøng, dietylamin, dimetylfocmamid, EDTA, propandiamin, n-propylamin Thuoác nhuoäm Antraquinon, diazo, monoazo Eter Tetrahydrofuran Keton Dihydroxyaxeton, metyl-etyl-keton Haèng soá ñoäng hoïc phaûn öùng giöõa goác *OH vaø caùc chaát höõu cô. Maët khaùc, veà toác ñoä phaûn öùng, haàu nhö taát caû caùc chaát höõu cô ñeàu bò goác *OH oxi hoaù vôùi toác ñoä nhanh hôn so vôùi ozon – moät chaát oxi hoaù maïnh nhaát trong soá caùc chaát oxi hoaù thoâng duïng – töø haøng nghìn ñeán haøng tyû laàn. (Baûng 11) Baûng 11: Haèng soá toác ñoä phaûn öùng (M-1 s-1) cuûa goác *OH so vôùi ozon Hôïp chaát O3 *OH Caùc alcohol Caùc aldehyd Caùc alkan Caùc aromatic Caùc cacboxylic axit Caùc alken clo hoaù Caùc keton Caùc chaát höõu cô chöùa N Caùc olefin Caùc phenol Caùc chaát höõu cô chöùa S 10-2 ñeán 1 10 10-2 1 ñeán 102 10-3 ñeán 10-2 10-1 ñeán 103 1 10 ñeán 102 1 ñeán 450x103 103 10 ñeán 1,6x103 108 ñeán 109 109 106 ñeán 109 108 ñeán 1010 107 ñeán 109 109 ñeán 1011 109 ñeán 1010 108 ñeán 1010 109 ñeán 1011 109 ñeán 1010 109 ñeán 1010 3.2.3 Caùc quaù trình taïo ra goác *OH Do goác töï do *OH coù khaû naêng oxi hoaù raát maïnh, toác ñoä phaûn öùng oxi hoaù raát nhanh vaø khoâng choïn löïa khi phaûn öùng vôùi caùc hôïp chaát khaùc nhau, nhieàu coâng trình nghieân cöùu trong maáy thaäp kyû qua laø tìm kieám caùc quaù trình taïo ra goác *OH treân cô sôû caùc taùc nhaân oxi hoaù thoâng thöôøng nhö ozon, hydrogen peroxit thoâng qua phaûn öùng hoaù hoïc (H2O2/Fe2+, O3/H2O2, O3/xuùc taùc), hoaëc nhôø naêng löôïng böùc xaï tia cöïc tím UV (O3/UV, H2O2/UV, O3 + H2O2/UV, H2O2/VUV, TiO2/UV) vaø caùc nguoàn naêng löôïng cao (sieâu aâm, tia Gamma, tia X, chuøm electron). Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao treân cô sôû goác hydroxyl ñaõ ñöôïc nghieân cöùu aùp duïng vaøo xöû lyù nöôùc vaønöôùc thaûi cho ñeán nay coù theå thoáng keâ nhö sau (baûng 12): Baûng 12: Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao döïa vaøo goác *OH TT Taùc nhaân phaûn öùng Phaûn öùng ñaëc tröng Teân quaù trình 1 H2O2 vaø Fe2+ H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH Fenton 2 H2O2/Fe3+ (ion) vaø naêng löông photon UV Fe3+ (ion) + H2O hv *OH + Fe2+ + H+ (l > 300 nm) H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH Quang Fenton 3 H2O2/Fe3+ (phöùc) vaø naêng löông photon UV Fe3+ (phöùc) hv Fe2+ + goác (phöùc) H2O2 + Fe2+ hv Fe3+(phöùc) + OH- + *OH (l = 300 – 500 nm) Quang Fenton bieán theå 4 H2O vôùi anot Fe vaø naêng löôïng ñieän hoaù ½ O2 + H2O naêng löôïng ñieän hoaù 2*OH Fenton ñieän hoaù 5 H2O2 vaø O3 H2O2 + 2O3 à 2*OH + 3O2 Peroxon 6 O3 vaø chaát xuùc taùc 3O3 + H2O chaát xuùc taùc 2*OH + 4O2 (chaát xuùc taùc ñoàng theå vaø dò theå) Catazon 7 H2O vaø naêng löôïng ñieän hoaù H2O naêng löôïng ñieän hoaù *OH + *H Oxi hoaù ñieän hoaù 8 H2O vaø naêng löôïng sieâu aâm H2O naêng löôïng sieâu aâm *OH + *H (20 – 40 kHz) Quaù trình sieâu aâm 9 H2O vaø naêng löôïng cao (tia g, tia X , chuøm electron) H2O naêng löôïng cao *OH + *H (1 – 10 MeV) Quùa trình böùc xaï naêng löôïng cao (tia g, tia X , chuøm electron) 10 H2O2 vaø naêng löôïng photpn UV H2O2 hv 2*OH (l = 220 nm) UV/oxi hoaù 11 O3 vaø naêng löôïng photon UV O3 + H2O hv 2*OH + O2 (l = 253,7 nm) UV/oxi hoaù 12 H2O2 / O3 vaø naêng löôïng photon UV H2O2 + O3 + H2O hv 4*OH + O2 (l = 253,7 nm) UV/oxi hoaù 13 H2O vaø naêng löôïng photon UV chaân khoâng (VUV) H2O naêng löôïng VUV *OH + *H (l < 190 nm) VUV/oxi hoaù 14 TiO2 vaø naêng löôïng photon UV TiO2 hv e- + h+ (l > 387,5 nm) h+ + H2O à *OH + H+ h+ + OH- à *OH + H+ Quang xuùc taùc baùn daãn 3.2.4 Phaân loaïi caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao Theo Cô quan baûo veä moâi tröôøng Myõ (US Environmental Protet Agency – USEPA), döïa theo ñaëc tính cuûa quaù trình coù hay khoâng coù söû duïng nguoàn naêng löôïng böùc xaï töû ngoaïi UV coù theå phaân loaïi caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao thaønh hai nhoùm nhö sau (baûøng 13): -Nhoùm caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao khoâng nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Non – Photochemical Oxidation Process – ANPO) -Nhoùm caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Photochemical Oxidation Process – APO) Baûng 13: Phaân loaïi caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao Nhoùm quaù trình Teân quaù trình Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao khoâng nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Non – Photochemical Oxidation Process – ANPO) Quaù trình Fenton Quaù trình Peroxon Quaù trình Catazon Quaù trình oxi hoaù ñieän hoaù Quaù trình Fenton ñieän hoaù Quaù trình sieâu aâm Quaù trình böùc xaï naêng löôïng cao Caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao nhôø taùc nhaân aùnh saùng (Advances Photochemical Oxidation Process – APO) Quaù trình UV/H2O2 Quaù trình UV/O3 Quaù trình UV/H2O2 + O3 Quaù trình VUV/H2O Quaù trình quang Fenton Quaù trình quang Fenton bieán theå Quaù trình quang xuùc taùc baùn daãn UV/TiO2 3.2.5 Tình hình nghieân cöùu vaø aùp duïng caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao hieän nay Nhôø nhöõng öu theá noåi baät trong vieäc loaïi boû chaát oâ nhieãm höõu cô, ñaëc bieät nhöõng vi chaát oâ nhieãm höõu cô khoù phaân huyû (POP), trong vieäc khöû truøng an toaøn vaø trieät ñeå, coâng ngheä cao döïa treân caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao döïa treân goác töï do *OH ñöôïc xem nhö chìa khoaù vaøng ñeå giaûi baøi toaùn ñaày thaùch thöùc cuûa theá kyû cho ngaønh xöû lyù nöôùc vaø nöôùc thaûi hieän nay. Ñoù laø lyù do taïi sao caùc quaù trình AOP coøn ñöôïc goïi laø caùc quaù trình xöû lyù nöôùc cuûa theá kyû 21. Ngaøy nay, phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán ñöôïc öùng duïng roäng raõi taïi caùc nöôùc phaùt trieån. Trong caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc sinh hoaït töø nöôùc maët hoaëc nöôùc ngaàm, phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán ñöôïc duøng ñeå phaân huyû caùc hôïp chaát höõ u cô vi oâ nhieãm nhö PAH, caùc hôïp chaát cuûa phenol, PCB’s, thuoác tröø saâu,…ñeå ñaït ñeán giôùi haïn cho pheùp. Trong caùc ngaønh coâng nghieäp deät nhuoäm, thöïc phaåm, hoaù chaát, … Caùc phöông phaùp naøy ñöôïc duøng ñeå xöû lyù chaát thaûi ñoäc haïi, khoù phaân huyû. Keát quaû ñaït ñöôïc töø nhöõng öùng duïng naøy coù theå noùi laø nhöõng thaønh töïu ñaùng ngaïc nhieân cuûa ngaønh khoa hoïc moâi tröôøng. Döôùi ñaây laø moät vaøi ví duï daãn chöùng: Taïi caùc quoác gia Chaâu Aâu, caùc coâng ngheä xöû lyù nöôùc nhieãm ñoäc chaát, thuoác tröø saâu,…theo phöông phaùp O3/H2O2 ñöôïc ñöa vaøo söû duïng trong hôn 90 nhaø maùy. ÔÛ Taây Ban Nha, hai heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi chöùa caùc hoaù chaát ñoäc haïi nhö phenol, polyclorophenol, thuoác dieät coû 2,4 – D, dicloroaxetic axit, benzofuran,…ñaõ ñöôïc laép ñaët, Hai heä thoáng naøy hoaït ñoäng theo phöông phaùp xuùc taùc quang hoaù, söû duïng TiO2 vaø naêng löôïng maët trôøi. Moãi heä thoáng goàm nhieàu modul laép noái thaønh serie coù gaén caùc collector hình parabol, moãi modul coù dieän tích 32 m2, coâng suaát xöû lyù ñaït 0.5 – 3 m3/h. Nhaø maùy xöû lyù nöôùc theo phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán coù quy moâ lôùn nhaát hieän nay (30 MGD) ñaõ ñöôïc xaây döïng ôû Phaùp ñeå loaïi caùc hïp chaát baûo veä thöïc vaät khoûi nöôùc soâng Seine nhaèm ñaït muïc tieâu chuaån nöôùc uoáng. Theo thoáng keâ, ñeán naêm1994, taïi Myõ ñaõ coù hôn 200 nhaø maùy laép ñaït coâng ngheä xöû lyù nöôùc theo phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán. Chaúng haïn, quy trình Peroxoe vôùi quy moâ 3 MGD duøng ñeå loaïi tröø tricloroetylen (TCE) vaø tetracloroetylen (PCE) ñaõ ñöôïc laép ñaët taïi thaønh phoá Los Angeles. Hoaëc quy trình O3/UV ñaõ ñöôïc trieån khai ôû thaønh phoá South Gate, bang California. Nhieàu coâng ngheä xöû lyù nöôùc theo phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán cuõng ñöôïc laép ñaët ôû Ñaøi Loan, Nhaät Baûn. Tuy nhieân, cuõng nhö nhieàu phöông phapù khaùc, phöông phaùp oxi hoaù tieân tieán chöa phaûi laø hoaøn haûo. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát cuûa chuùng laø ñaét tieàn vaø ñoøi hoûi kyõ thuaät cao. Ngoaøi ra, phaûn öùng giöõa goác HO* vaø caùc chaát höõu cô khoâng coù tính choïn loïc neân saûn phaåm phuï ñöôïc sinh ra trong quaù trình xöû lyù khoù kieåm soaùt. Do ñoù, caàn phaûi coù söï nghieân cöùu cuï theå treân töøng ñoái töôïng tröôùc khi ñöa vaøo öùng duïng thöïc teá. Baûng 14: Moät soá chaát oâ nhieãm trong nöôùc vaø nöôùc thaûi coù theå xöû lyù baèng caùc quaù trình oxi hoaù naâng cao Teân chaát oâ nhieãm Teân chaát oâ nhieãm Caùc amino axit Caùc thuoác khaùng sinh Asen Crom Coliform Caùc saûn phaåm phuï khi khöû truøng baèng clo Nöôùc thaûi chöng caát coàn, röôïu Nöôùc thaûi saûn xuaát sôïi thuyû tinh Nöôùc thaûi beänh vieän Hoaù chaát baûo veä thöïc vaät Nöôùc thaûi saûn xuaát giaáy Craft Caùc chaát höõu cô thieân nhieân Nöôùc thaûi khai thaùc daàu thoâ Nöôùc thaûi saûn xuaát daàu oliu Nöôùc thaûi chöùa phenol Nöôùc thaûi ngaønh in Trinitrotoluen (TNT) MTBE Nöôùc thaûi thuoäc da Buøn coáng raõnh ñoâ thò Nöôùc thaûi saûn xuaát thuoác baûo veä thöïc vaät Caùc chaát höõu cô bay hôi (VOC) Nöôùc thaûi saûn xuaát boät giaáy Cryptosporidium Caùc coù maøu vaøng vaøa muøi vò khoù chòu Nöôùc thaûi cheá bieán cao su Nöôùc thaûi saûn xuaát hoaù chaát ñaëc bieät Caùc chaát muøn vaø humic Nöôùc thaûi maï niken Xyanua Escherichia coli Nhöïa phenolic Nöôùc thaûi ngaønh nhuoäm Caùc chaát höõu cô beàn vöõng (POP) 3.3 Quaù trình Fenton 3.3.1 Giôùi thieäu chung veà quaù trình Fenton Naêm 1984 trong taïp chí Hoäi hoaù hoïc Myõ ñaõ coâng boá coâng trình nghieân cöùu cuûa taùc giaû J. H. Fenton, trong ñoù oâng quan saùt thaáy phaûn öùng oxi hoaù axit malic baèng hydrogen peroxit ñaõ ñöôïc gia taêng maïnh khi coù maët caùc ion saét. Sau ñoù, toå hôïp H2O2 vaø muoái Fe2+ ñöôïc söû duïng lam taùc nhaân oxi hoaù raát hieäu quaû cho nhieàu ñoái töôïng roäng raõi caùc chaát höõu cô vaø ñöôïc mang teân laø “taùc nhaân Fenton” (Fenton Reagent). Khoaûng boán möôi naêm sau, Haber vaø Weiss cho raèng goác hydroxyl chính laø chaát oxi hoaù trong nhöõng heä nhö vaäy. Vaøo nhöõng naêm 1940, Merz vaø Waters coâng boá haøng loaït coâng trình trong ñoù ñaõ söû duïng sô ñoà phaûn öùng cuûa Haber-Weiss cho thaáy caùc quan heä tyû thöùc coù theå söû duïng ñeå xaùc ñònh khaû naêng chaáp nhaän töông ñoái cuûa caùc hôïp chaát khaùc nhau vôùi goác hydroxyl vaø söï bieán ñoåi cuûa caùc goác trung gian taïo ra sau ñoù. Nhöõng naêm veà sau, heä xuùc taùc Fenton ñöôïc nghieân cöùu raát maïnh vaø ñöôïc phaùt trieån roäng hôn baèng nhöõng coâng trình cuûa Walling, C. (1975), Barb, W.G.et al. (1951.b) vaø De Laat, J. et al (1999) khoâng nhöõng ôû daïng taùc nhaân Fenton coå ñieån (H2O2/Fe2+) maø coøn söû duïng nhöõng kim loaïi chuyeån tieáp vaø phöùc chaát cuûa chuùng nhö Fe(II), Fe(III), Cu(I), Cu(II) vaø Ti(III) taùc duïng vôùi H2O2 ñeå taïo ra goác *OH, ñöôïc goïi chung laø caùc taùc nhaân kieåu nhö Fenton (Fenton-like Reagent) Maëc duø taùc nhaân Fenton ñaõñöôïc bieát haøng theá kyû nay vaø thöïc teá ñaõ chöùng minh laø moät taùc nhaân oxi hoaù raát maïnh do söï hình thaønh goác hydroxyl *OH trong quaù trình phaûn öùng, nhöõng cô cheá cuûa phaûn öùng Fenton cho ñeán nay vaãn coøn ñang tranh caõi, thaäm chí coù yù kieán traùi ngöôïc phaûn baùc. Chaúng haïn, trong khi tuyeä ñaïi ña soá nhaø nghieân cöùu thöøa nhaän söï hình thaønh goác hydroxyl *OH laø nguyeân nhaân cuûa khaû naêng oxi hoaù cao cuûa taùc nhaân Fenton, nhöng vaãn coù yù kieán nghi ngôø veà söï hình thaønh goác hydroxyl ñoù [Bossmann, S.H. et al, 1998; Kremer, M.L. 1999] Quaù trình Fenton daïng coå ñieån noùi chung coù hieäu quaû cao trong khoaûng pH 2 – 4, cao nhaát ôû pH khoaûng 2,8. Do ñoù, trong ñieàu kieän xöû lyù nöôùc thöôøng gaëp (pH 5 – 9), quaù trình xaûy ra khoâng coù hieäu quaû. Nguyeân nhaân vì baáy giôø ion Fe2+ coù xu höôùng taïo thaønh keát tuûa feric oxyhydroxit hoaït tính raát thaáp. Tuy nhieân, neáu theâm vaøo heä moät soá phoái töû (ligand) höõu cô naøo ñoù coù theå taïo thaønh phöùc chaát Fe(III) höõu cô thì quaù trình coù theå xaûy ra ôû pH cao hôn. Lyù do vì phöùc Fe(III) vôùi caùc phoái töû höõu cô coù theå tao ñöôïc trong nöôùc neân haïn cheá söï maát maùt ion Fe bò keát tuûa döôùi daïng oxyhydroxit. Hôn nöõa, phöùc Fe(III) höõu cô raát hoaït ñoäng khi coù aùnh saùng vaø raát deã taïo thaønh Fe(II) neân giuùp cho quaù trình Fenton ñaït hieäu quaû cao. Ñoù chính laø baûn chaát cuûa quaù trình photo Fenton. Ñieàu naøy coù yù nghóa quan troïng khi aùp duïng quaù trình Fenton vaøo thöïc teá do traùnh ñöôïc moâi tröôøng pH thaáp. Tuy nhieân vaãn khoâng traùnh khoõi vaán ñeà phaûi taùch caùc ion saét ra sau khi xöû lyù. Nhöõng nghieân cöùu veá quaù trình Fenton dò theå xaûy ra treân caùc chaát xuùc taùc saét raén nhö Goethite (a-FeOOH) ñaõ giaûi quyeát vaán ñeà naøy, ñoàng thôøi coù theå tieán haønh quaù trình Fenton ngay ôû pH trung tính. Quaù trình Fenton coù öu vieät ôû choã caùc taùc nhaân H2O2 vaø muoái saét töông ñoái reû vaø coù saün, ñoàng thôøi khoâng ñoäc haïi, deã vaän chuyeån, deã söû duïng trong khi ñoù hieäu quaû oxi hoaù ñöôïc naâng cao hôn raát nhieàu so vôùi H2O2 söû duïng moät mình. Aùp duïng quaù trình Fenton ñeå xöû lyù nöôùc vaø nöôùc thaûi coù theå daãn ñeán khoaùng hoaù hoaøn toaøn caùc chaát höõu cô thaønh CO2, H2O vaø caùc ion voâ cô. Tuy nhieân, trong ñieàu kieän ñoù phaûi söû duïng raát nhieàu hoaù chaát laøm cho chi phí xöû lyù cao. Do vaäy, trong nhieàu tröôøng hôïp chæ neân aùp duïng quaù trình Fenton ñeå phaân huyû töøng phaàn, chuyeån caùc chaát höõu cô khoâng theå hoaëc khoù phaân huyû sinh hoïc thaønh caùc chaát môùi coù khaû naêng phaân huyû sinh hoïc nhaèm coù theå aùp duïng thuaän lôïi quaù trình xöû lyù sinh hoïc tieáp sau. 3.3.2 Cô cheá taïo thaønh goác hydroxyl *OH vaø ñoäng hoïc caùc phaûn öùng Fenton. Phaûn öùng giöõa H2O2 vaø chaát xuùc taùc ion Fe2+ Heä taùc nhaân Fenton coå ñieån laø moät hoãn hôïp goàm caùc ion saét hoaù trò 2 (thoâng thöôøng duøng muoái FeSO4) vaø hydrogen peroxit H2O2, chuùng taùc duïng vôùi nhau sinh ra caùc goác töï do hydroxyl *OH, coøn ion Fe2+ bò oxi hoaù thaønh ion Fe3+ Fe2+ + H2O2 à Fe3+ + *OH + OH- (1) Phaûn öùng naøy ñöôïc goïi laø phaûn öùng Fenton vì Fenton laø ngöôøi ñaàu tieân ñaõ moâ taû quaù trình naøy naêm 1984. Ngaøy nay phaûn öùng Haber-Weiss ñöôïc bieát ñeán chính laø moät thí duï ñaëc bieät cuûa phaûn öùng Fenton Nhöõng phaûn öùng coù theå xaûy ra trong quaù trình Fenton vaø haèng soá toác ñoä caùc phaûn öùng ñaõ ñöôïc nhieàu taùc giaû xaùc ñònh nhö sau (baûng 15): Baûng 15: Caùc phaûn öùng chuû yeáu trong quaù trình Fenton Phaûn öùng Phöông trình phaûn öùng Haèng soá toác ñoä phaûn öùng, k l.mol-1.s-1 Theo taùc giaû 1 Fe2+ + H2O2 à Fe3++ *OH + OH- 63 Gallard, 1998 2 Fe3+ + H2O2 à Fe2+ + H+ + *HO2 £ 3x10-3 Pignatello, 1992 3 *HO + Fe2+ à OH- + Fe3+ 3x108 Dorfman, 1973 4 *HO + H2O2 à H2O + *HO2 1,2x107 Butxon, 1988 5 Fe2+ + *HO2 à Fe3+ + HO2- 1,2x106 Rush, 1985 6 Fe3+ + *HO2- à Fe2+ + O2 + H+ 2,0x103 Rush, 1985 Nhöõng phaûn öùng treân chöùng toû taùc duïng cuûa saét ñoùng vai troø laø chaát xuùc taùc. Quaù trình khöû Fe3+ thaønh Fe2+ nhö moâ taû trong phaûn öùng (2) xaûy ra raát chaäm, haèng soá toác ñoä k raát nhoû so vôùi phaûn öùng (1), vì vaäy saét toàn taïi sau phaûn öùng chæ ôû daïng Fe3+ Theo Walling, C. (1975) goác töï do hydroxyl *OH sinh ra coù khaû naêng phaûn öùng vôùi Fe2+ vaø H2O2, nhöng quan troïng nhaát laø coù khaû naêng phaûn öùng vôùi nhieàu chaát höõu cô (RH) taïo thaønh caùc goác höõu cô coù khaû naêng phaûn öùng cao, töø ñoù seõ phaùt trieån tieáp tuïc kieåu daây chuoãi: *HO + Fe2+ à OH- + Fe3+ (3) *HO + H2O2 à H2O + *HO2 (4) *HO + RH à *R + H2O (7) Caùc goác *R coù theå oxi hoaù Fe2+ theo phöông trình (8), khöû Fe3+ theo phöông trình (9) hoaëc dimer hoaù theo phöông trình (10) *R + Fe2+ à Fe3+ + RH (8) *R + Fe3+ à Fe2+ + “saûn phaåm” (9) *R + *R à “saûn phaåm” (dimer) (10) Goác *HO2 coù theå taùc duïng trôû laïi vôùi Fe2+ vaø Fe3+ theo kieåu nhö sau *HO2 + Fe2+ à HO2- + Fe3+ (5) *HO2 + Fe3+ à H+ + O2 + Fe2+ (6) Tuy nhieân, nhö ñaõ noùi ôû treân, cô cheá caùc phaûn öùng Fenton, ñaëc bieät söï taïo thaønh caùc saûn phaåm trung gian cuõng nhö söï hình thaønh goác hydroxyl *OH vaãn coøn nhieàu tranh caõi. Theo Bossman et al. (1998), kremer (1999), caùc saûn phaåm trung gian coù theå laø phöùc chaát Fe(II). H2O2 hydrat hoaù vaø ion feryl Fe(IV)O2+ vì thuaän lôïi hôn veà maët nhieät ñoäng. Theo Kremer (1999), cô cheá phaûn öùng Fenton ñöôïc ñeà nghò nhö sau: Fe2+ + O2 + H2O + H2O2 Fe2+ + H2O2 [Fe2+ - H2O2] FeO2+ +Fe2+ - Fe3+ + Fe3+ 2Fe3+ + 2OH- {FeOFe]5+ Fe2++ Fe3+ + O2 + H2O2 + H2O2 Hình 3: Cô cheá phaûn öùng theo ñeà nghò cuûa Kremer (1999) Theo Kremer (1999), ion FeO2+ ñoùng vai troø nhö taùc nhaân oxi hoaù (chöù khoâng phaûi goác hydroxyl) vaø coù theå phaûn öùng (theo cô cheá khoâng do goác töï do) vôùi caùc taùc nhaân khöû loaïi HA hoaëc H2A theo caùch sau: FeO2+ + HA à A + Fe3+ + OH- (11) FeO2+ + H2A à A + Fe2+ + H2O (12) Kremer (1999) cuõng cho raèng chaát trung gian [FeII.H2O2] coù theå tham gia tröïc tieáp vaøo quaù trình oxi hoaù. YÙ kieán treân ñaây cho thaáy cô cheá chính xaùc cuûa quaù trình Fenton vaãn ñang hoà nghi, chöa ñöôïc thuyeát phuïc ñoái vôùi moät soá nhaø khoa hoïc. Tuy vaäy, tuyeät ñaïi ña soá ñeàu nhaát trí cao vôùi cô cheá phaûn öùng Fenton xaûy ra theo caùc phöong trình neâu ra trong baûng 15 vaø thöøa nhaän vai troø cuûa goác hygroxyl taïo ra trong phaûn öùng Fenton. Phaûn öùng giöõa H2O2 vaø chaát xuùc taùc ion Fe3+ Phaûn öùng (2) xaûy ra xem nhö phaûn öùng phaân huyû H2O2 baèng chaát xuùc taùc Fe3+ vaø taïo ra Fe2+ ñeå sau ñoù tieáp tuïc xaûy ra theo phaûn öùng (1) hình thaønh goác töï do hydroxyl *OH theo phaûn öùng Fenton. Tuy nhieân, toác ñoä ban ñaàu cuûa phaûn öùng oxi hoaù baèng taùc nhaân H2O2/Fe3+ chaäm hôn raát nhieàu so vôùi taùc nhaân Fenton H2O2/Fe2+. Nguyeân nhaân vì trong tröôøng hôïp naøy Fe3+ phaûi ñöôïc khöû thaønh Fe2+ tröôùc khi goác hydroxyl hình thaønh. Phaûn öùng Fenton vôùi chaát xuùc taùc Fe3+ coøn coù theå xaûy ra theo kieåu nhö sau: Fe3+ + H2O2 - H+ Fe-O2H2+ ßà Fe2+ + *HO2 (13) Fe3+ + *HO2 à Fe2+ + H+ + O2 (6) Vôùi nguoàn Fe2+ sinh ra naøy, quaù trình seõ xaûy ra tieáp tuïc vôùi H2O2 theo phaûn öùng Fenton (1) vaø taïo ra goác hydroxyl *OH. Khi nghieân cöùu cô cheá phaûn öùng cuûa heä H2O2/Fe3+ trong moâi tröôøng pH axit, Gallard, H et al. (1998) vaø De Laat J.et al (1999) cho raèng caùc saûn phaåm trung gian uûa heä naøy laø hai phöùc chaát Fe(III) hydroperoxit coù daïng (i) FeIII(HO2)2+ vaø daïng (ii) FeIII(OH)(HO2)2+, coù theå xaûy ra theo sô ñoà phaûn öùng sau: Fe3+ + H2O2 à FeIII(HO2)2+ + H+ (k = 3,1x10-3) (13) FeOH2+ + H2O2 à FeIII(OH)(HO2)2+ + H+ (k = 2x10-4) (14) Söï taïo thaønh caùc phöùc chaát Fe(III) hydroperoxit xaûy ra raát nhanh vaø caân baèng ñaït ñöôïc chæ sau vaøi giaây sau khi troän Fe(III) vaø dung dòch H2O2. Moät khi caùc phöùc chaát treân hình thaønh seõ xaûy ra quaù trình phaân huyû ñeå taïo ra Fe2+ vaø HO2-: FeIII(HO2)2+ à Fe2+ + HO2- (15) FeIII(OH)(HO2)2+ à Fe2+ + HO2- + OH- (16) Treân cô sôû Fe2+ vöøa sinh ra, phaûn öùng ñöôïc tieáp tuïc xaûy ra vôùi H2O2 theo cô cheá Fenton coå ñieån noùi treân. Do ñoù veà toång theå, quaù trình Fenton ñöôïc xem nhö khoâng phuï thuoäc gì vaøo traïng thaùi hoaù trò hai hay ba cuûa ion saét 3.3.3 Nhöõng nhaân toá aûnh höôûng Aûnh höôûng ñoä pH Trong phaûn öùng Fenton, ñoä pH aûnh höôûng raát lôùn ñeán ñoä phaân huyû vaø noàng ñoä Fe2+, töø ñoù aûnh höôûng raát lôùn ñeán toác ñoä phaûn öùng vaø hieäu quaû phaân huyû caùc chaát höõu cô. Khi caùc ion Fe(II) vaø Fe(III) ôû traïng thaùi hoaø tan nhöng khoâng taïo phöùc vôùi caùc phoái töû höõu cô, chuùng coù theå toàn taïi döôùi daïng caùc phaàn töû bò thuyû phaân hoaëc taïo phöùc vôùi caùc phoái töû voâ cô khaùc tuyø theo ñoä pH cuûa dung dòch., noàng ñoä caùc ion saét vaø caùc phoái töû voâ cô. Ñoái vôùi dung dòch coù pH töø 2 –7 vaø trong dung dòch khoâng coù caùc phoái töû voâ cô maïnh, caùc phaàn töû Fe(II) seõ laø Fe2+(aq) . ÔÛ pH thaáp hôn 3, ñoái vôùi tröôøng hôïp ion Fe(III), chuùng seõ naèm döôùi daïng Fe3+(aq) , khi pH ñeán saùt 3, seõ naèm döôùi daïng Fe(OH)2+(aq) vaø khi naèm giöõa 3 vaø 7, chuùng seõ naèm döôùi daïng Fe(OH)+2(aq) . Vì vaäy, trong moâi tröôøng axit seõ raát thuaän lôïi cho quaù trình taïo goác hydroxyl töï do *OH theo phaûn öùng (1), trong khi moâi tröôøng ôû pH cao, quaù trình keát tuûa Fe3+ seõ xaûy ra nhanh hôn quaù trình khöû cuûa phaûn öùng (2), laøm giaûm nguoàn taïo ra Fe2+, trôû thaønh yeáu toá haïn cheá toác ñoä phaûn öùng. Noùi chung, phaûn öùng Fenton xaûy ra thuaän lôïi khi pH töø 3 – 5, ñaït ñöôïc toác ñoä cao nhaát khi pH naèm trong khoaûng heïp treân döôùi 3. Aûnh höôûng cuûa tyû leä Fe2+ : H2O2 vaø loaïi ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) Toác ñoä phaûn öùng taêng khi taêng noàng ñoä H2O2, ñoàng thôøi noàng ñoä H2O2 laïi phuï thuoäc vaøo noàng ñoä chaát oâ nhieãm caàn xöû lyù, ñaëc tröng baèng taûi löôïng COD. Theo kinh nghieäm, tyû leä mol/mol H2O2 : COD thöôøng 0,5-1 : 1 Maët khaùc, thep phöông trình (1) cho thaáy tyû thöùc phaân töû cuûa ion Fe2+ vaø H2O2 baèng 1, töùc tyû leä mol/mol cuûa Fe2+ : H2O2 laø 1:1. Tuy vaäy, trong thöïc teá khoâng theo ñuùng tyû thöùc treân. Ion Fe2+ vaø H2O2 khoâng chæ taùc duïng ñeå taïo ra goác hydroxyl theo phaûn öùng (1) maø coøn xaûy ra caùc phaûn öùng (3) vaø (4), keát quaû laøm tieâu hao goác hydroxyl vöøa taïo ra. Do vaäy, noàng ñoä H2O2 vaø tyû leä Fe2+ : H2O2 coù aûnh höôûng ñeán söï taïo thaønh vaø söï maát maùt goác hydroxyl theo caùc phöông trình noùi treân, vì theá coù toàn taïi moät tyû leä Fe2+ : H2O2 toái öu khi söû duïng. Tyû leä toái öu naøy naèm trong khoaûng roäng 0,3-1 : 10 mol/mol tuyø theo ñoái töôïng chaát caàn xöû lyù vaø do ñoù caàn phaûi xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm khi aùp duïng vaøo töøng ñoái töôïng cuï theå. Nhö ñaõ phaân tích ôû treân, vieäc söû duïng ion Fe2+ hay Fe3+ khoâng aûnh höôûng gì ñeán taùc duïng xuùc taùc cho phaûn öùng Fenton. Tuy nhieân, khi söû duïng H2O2 vôùi lieàu löôïng thaáp (< 10-15 mg/l H2O2), neân söû duïng Fe2+ seõ toát hôn. Aûnh höôûng caùc anion voâ cô Moät soá anion voâ cô thöôøng coù trong nöôùc ngaàm vaø nöôùc thaûi cuõng coù theå laøm giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình Fenton, ñaëc bieät trong nöôùi thaûi deät nhuoäm vì trong quaù trình nhuoäm söû duïng raát nhieàu hoaù chaát trôï (auxiliary chemicals) coù nguoàn goác voâ cô. Nhöõng anion voâ cô thöôøng gaëp nhaát laø nhöõng ion cacbonat (CO32-), bicacbonat (HCO3-), ion clo (Cl-), nhöõng ion on naøy seõ toùm baét caùc goác hydroxyl *OH laøm hao toàn soá löôïng goác hydroxyl, giaûm maát khaû naêng tieán haønh phaûn öùng oxi hoaù hoaëc cuõng coù theå taïo thaønh nhöõng phöùc chaát khoâng hoaït ñoäng vôùi Fe(III) nhö caùc goác sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), photphat (H2PO4-) cuõng laøm cho hieäu quaû cuûa quaù trình Fenton giaûm ñi. Nhöõng chaát toùm baét caùc goác hydroxyl *OH ñöôïc goïi chung laø nhöõng chaát tìm dieät goác hydroxyl (hydroxyl scavengers). Nhöõng phaûn öùng saên luøng goác hydroxyl cuûa moät soá anion ñaëc tröng nhö sau: *OH + CO32- à *CO3 + HO- (k = 4,2x108 M-1s-1) (17) *OH + HCO3- à *HCO3 + HO- (k = 1,5x107 M-1s-1) (18) *OH + Cl- à *ClOH- (k = 4,3x109 M-1s-1) (19) Qua soá lieäu treân cho thaáy, haèng soá toác ñoä phaûn öùng giöõa *OH vaø ion cacbonat lôùn hôn nhieàu so vôùi ion bicacbonat, vì vaäy khi taêng pH, caân baèng cuûa bicacbonat-cacbonat seõ chuyeån dòch theo höôùng taïo thaønh cacbonat seõ gaây baát lôïi cho phaûn öùng oxi hoaù naâng cao. Trong khi ñoù, cacbonic axit laïi khoâng coù taùc duïng toùm baét caùc goác hydroxyl, vì vaäy trong tröôøng hôïp neáu ñoä kieàm cao, baèng caùch chænh pH sang moâi tröôøng axit ñeå chuyeån caân baèng cacbonat-bicacbonat töø cacbonat (chaát tìm dieät goác hydroxyl) dang cacbonic axit (khoâng phaûi chaát tìm dieät goác hydroxyl), seõ coù theå loaïi boû taùc duïng kìm haõm toác ñoä phaûn öùng cuûa caùc ion cacbonat vaø bicacbonat. Noùi chung, caùc ion clorua, cacnonat vaø bicacbonat thöôøng coù aûnh höôûng kìm haõm toác ñoä phaûn öùng nhieàu nhaát, trong khi ñoù caùc ion sulfat, phosphat hay nitrat coù aûnh höôûng ôû möùc ñoä thaáp hôn. 3.4 Löïa choïn phöông phaùp xöû lyù Khaùng sinh laø loaïi hoaù chaát coù hoaït tính ñaëc bieät goàm coù nhöõng tính chaát chung nhö sau: Aûnh höôûng choáng vi khuaån Taêng khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån Khoù phaân huyû Nhö vaäy coù theå keát luaän laø khaùng sinh khoù coù theå ñöôïc xöû lyù baèng caùc phöông phaùp thoâng duïng nhö phöông phaùp oxi hoaù sinh hoïc, hoaù lyù… Nhö ñaõ trình baøy ôû treân, chuùng ta thaáy raèng phöông phaùp oxi hoaù Fenton laø moät trong nhöõng phöông phaùp ñang ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaøo lónh vöïc xöû lyù moâi tröôøng. Phöông phaùp naøy coù nhöõng öu ñieåm sau: Coù theå khoaùng hoaù phaàn lôùn caùc hôïp chaát höõu cô khoù hay khoâng theå xöû lyù baèng sinh hoïc cuõng nhö caùc phöông phaùp oxi hoaù coå ñieån Veà phaàn thieát bò coù caáu truùc khaù ñôn giaûn, deã daøng trong vaän haønh, chi phí ñaàu tö bn ñaàu thaáp Hoaù chaát söû duïng laø nhöõng hoaù chaát phoå bieán treân thò tröôøng, khoâng gaây nhöõng taùc haïi ñoái vôùi moâi tröôøng Vì vaäy, tieán haønh nghieân cöùu öùng duïng khaû naêng oxi hoaù cuûa Fenton trong xöû lyù nöôùc thaûi thuoác khaùng sinh vôùi muïc ñích phaù vôõ, laøm maát hoaït tính cuûa khaùng sinh, cuõng nhö loaïi boû chuùng hoaøn toaøn. Chöông 4: MOÂ HÌNH, KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU 4.1 Moâ hình vaø phöông phaùp nghieân cöùu 4.1.1 Moâ hình Treân cô sôû lyù thuyeát ñaõ trình baøy ôû treân, böôùc ñaàu tieán haønh xaây döïng moâ hình thí nghieäm vôùi taùc nhaân Fenton coù caùc thaønh phaàn tham gia nhö sau: a. Duïng cuï thí nghieäm 6 coác nhöïa - 6 caùnh khuaáy Maùy ño pH 4 pipet 1 ml 1 boùp cao su b. Hoaù chaát söû duïng Dd H2SO4 25% Dd NaOH 2% Dd FeSO4 10% Dd H2O2 15% Ñeå coù ñöôïc hoãn hôïp dung dòch phaûn öùng ñoàng nhaát, dung dòch seõ ñöôïc khuaáy troän baèng caùnh khuaáy vôùi toác ñoä khuaáy khoaûng 60 – 80 voøng/phuùt. Quy trình thí nghieäm goàm caùc böôùc thöïc hieän ñöôïc moâ taû nhö sau: Böôùc 1: dung dòch ban ñaàu coù theå tích töø 100 – 150 ml ñöôïc ñieàu chænh pH trong khoaûng 2,5 – 3,5 baèng dung dòch H2SO4 25% hay dung dòch NaOH 2% taïo moâi tröôøng thuaän lôïi cho phaûn öùng xaûy ra. Böôùc 2: Löôïng xuùc taùc FeSO4 seõ ñöôïc hoaø tan trong dung dòch Böôùc 3: sau khi saét ñaõ tan heát. Tieáp tuïc cho töø töø moät theå tích V (ml) dung dòch H2SO4 15% vaøo hoãn hôïp treân. Luùc naøy phaûn öùng baét ñaàu xaûy ra Nöôùc thaûi thuoác khaùng sinh Nöôùc thaûi coù pH thích hôïp Dung dòch sau phaûn öùng Duøng NaOH hay H2SO4 ñieàu chænh pH Löôïng muoái saét (II) Löôïng H2O2 caàn thieát cho vaøo töø töø Duøng NaOH ñieàu chænh pH > 7 Phaân tích Sau thôøi gian phaûn öùng caàn thieát Phaân tích Hình 4: Sô ñoà quy trình tieán haønh thí nghieäm Böôùc 4: Sau khi tieán haønh phaûn öùng trong moät thôøi gian caàn thieát, baét ñaàu naâng pH cuûa hoãn hôïp sau phaûn öùng baèng dd NaOH 2% ñeán khoaûng pH ³ 7 nhaèm muïc ñích loaïi boû saét döôùi daïng keát tuûa Fe(OH)3 vaø ñoàng thôøi laøm cho löôïng H2O2 coøn laïi phaân huyû theo phöông trình phaûn öùng: 2H2O2 = 2H2O + O2 Böôùc 5: sau khi thöïc hieän caùc böôùc treân, dung dòch cuoái cuøng seõ ñöôïc ñöa ñi phaân tích ñaùnh giaù. 4.1.2 Phöông phaùp vaø ñoái töôïng nghieân cöùu 4.1.2.1 Phöông phaùp nghieân cöùu Phöông phaùp nghieân cöùu laø phöông phaùp thöïc nghieäm döïa treân cô sôû khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán khaû naêng phaân huyû cuûa khaùng sinh trong phaûn öùng oxi hoaù vôùi taùc nhaân Fenton. Nhö ñaõ trình baøy ôû chöông 3, caùc yeáu toá tham gia vaøo phaûn öùng nhö pH, H2O2, xaùc taùc Fe2+, noàng ñoä taùc chaát, thôøi gian, nhieät ñoä ñeàu aûnh höôûng ñeán khaû naêng, hieäu quaû phaân huyû. Ñoái vôùi caùc yeáu toá thôøi gian, nhieät ñoä, pH thì theo lyù thuyeát ñaõ ñöa ra nhöõng thoâng soá cuï theå laø pH = 2,5 – 3.5, nhieät ñoä phaûn öùng töø 20 – 350C, thôøi gian phaûn öùng töø 30 phuùt ñeán vaøi giôø. Ba yeáu toá coøn laïi laø H2O2, Fe2+, vaø noàng ñoä taùc chaát thì phuï thuoäc vaøo ñoái töôïng cuï theå neân caàn phaûi khaûo saùt thöïc nghieäm ñeå tìm ra moái lieân heä giöõa chuùng. 4.1.2.2 Ñoái töôïng nghieân cöùu Ñoái töôïng nghieân cöùu ñöôïc choïn laø thuoác khaùng sinh Ampicillin thuoäc nhoùm khaùng sinh Penicillin. Ñaây laø loaïi khaùng sinh